Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T23:15:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santander_CarlosMarioGarcia_M.pdf: 4264150 bytes, checksum: fefe44cf2580cae6314ee081507c6626 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho, foi estudado o processo de destilação reativa para produção de biodiesel usando óleo de mamona e óleo de soja como matérias primas. Simulações do processo utilizando o simulador comercial Aspen plus® em conjunto com técnicas de planejamentos fatoriais permitiram encontrar as condições de operação que irão produzir a maior quantidade de biodiesel. Inicialmente, foi realizada a caracterização dos óleos vegetais e os biodieseis por meio de compostos representativos das misturas que os compõem no simulador. Para isto, foram realizadas medições experimentais de algumas propriedades dos compostos em estudo. As simulações foram efetuadas utilizando o modelo termodinâmico NRTL com os parâmetros de interação faltantes na base de dados do simulador estimados pelo método UNIFAC. O modelo cinético empregado no caso da mamona foi o publicado por de Lima da Silva (2008). Dado que na literatura não se encontram reportados parâmetros cinéticos da transesterificação do óleo de soja com etanol, neste trabalho, esses parâmetros foram determinados e utilizados nas simulações. Para o sistema de produção de biodiesel de mamona, inicialmente foi desenvolvido um planejamento fatorial 24 com o objetivo de analisar o efeito das variáveis: vazão de alimentação de óleo (vo), relação molar álcool: óleo (rm), razão de refluxo (rf) e relação molar entre o destilado/alimentação com base no etanol (d:f) sobre o rendimento do processo e ao mesmo tempo obter um modelo que representasse de forma adequada o comportamento do sistema. Em seguida, foi utilizada a metodologia da máxima inclinação para determinar de forma rápida e simples a região que irá maximizar a produção de biodiesel. Finalmente, com base nos resultados obtidos no item anterior, foi desenvolvido um novo planejamento 24 para encontrar a melhor combinação das variáveis que permita se obter a maior produção de biodiesel. Estudos de sensibilidade foram realizados para suportar os resultados obtidos dos planejamentos. Para o estudo do sistema de produção envolvendo óleo de soja, seguiu-se a mesma metodologia exposta para o óleo de mamona, com a diferença de que os planejamentos foram 23. Os resultados obtidos com os dois óleos, mostram que é possível obter altos rendimentos no processo utilizando uma baixa relação molar etanol:óleo e uma planta mais compacta. Adicionalmente, foram introduzidos nas simulações valores de eficiência por estágio e por componente calculados usando a equação de Barros e Wolf, verificando que a eficiência não tem efeito representativo no desempenho do processo. Foi realizada também a simulação de uma coluna de destilação com recheio para produção de biodiesel. As condições de operação da simulação foram tomadas de um estudo experimental realizado pelo grupo de pesquisa em biodiesel do laboratório LDPS (Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação), o qual se encontra reportado nesta dissertação / Abstract: In this work, the reactive distillation process for biodiesel production using castor oil and soybean oil as feedstocks is presented. Process simulations using the commercial simulator Aspen plus® in conjunction with factorial design techniques were used for finding the process operating conditions that will produce the largest amount of biodiesel. For the simulations, firstly, the characterization of vegetable oils and biodiesels by means of representative compounds was performed into the simulator. It was necessary, for a successfull characterization, to carry out experimental measurements of some properties of these compounds. The simulations were performed using the NRTL thermodynamic model. The interaction parameters missing in the simulator data base were estimated by UNIFAC method. The kinetic model employed in castor oil study was published by de Lima da Silva. Because kinetic data for soybean oil transesterification with ethanol are not reported in the open literature, these parameters were determined and used in the simulations. In the study of the castor oil biodiesel production system, initially a 24 factorial design was done in order to analyze the effect of the variables: feed flow rate of oil (vo), molar ratio alcohol: oil (rm), reflux ratio (rf) and molar ratio between the distillate / feed based on ethanol (d: f) in the process yield and simultaneously to obtain a model that adequately represents the behavior of the system. Following this, it was used the method of the path of steepest ascent to determine quickly and simply the region that will maximize the production of biodiesel. Finally, based on results obtained in the previous section, it was developed a new factorial design 24 to find the best combination of variables, which would provide the largest biodiesel production. Sensitivity studies were performed to support the factorial design results. In the study of the system involving soybean oil, was followed the same methodology described for the castor oil, with the difference that the factorial designs were all 23. The results obtained with the twou oils show that it is possible to obtain high yields in the process using a low molar ratio ethanol: oil and a more compact plant. Additionally, it was introduced in the simulations, stage efficiency values and component efficiency values calculated using the Barros & Wolf equation. It was concluded that efficiency has no effect on the performance of the reactive distillation process for biodiesel production. Finally, it was performed a simulation of a reactive packed distillation column for biodiesel production. The operating conditions of the simulation were taken from na experimental study conducted by the research group in biodiesel lab LDPS, which is reported in this dissertation / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho, Daniel Ibraim Pires Atala / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T00:26:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lunelli_BetaniaHoss_D.pdf: 4567477 bytes, checksum: 2e08cdaf01f91fc7258837d292028f9b (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O contínuo desenvolvimento de processos fermentativos de baixo custo e altamente eficientes para produção de ácidos orgânicos cria novas oportunidades para produção de produtos químicos a partir de matéria-prima renovável. A combinação do baixo custo de produção de ácido láctico a partir da fermentação da cana-de-açúcar, redução da dependência do petróleo e o uso de biocatalisadores, tornam o processo de produção de acrilatos e lactatos atrativo do ponto de vista ambiental e também econômico, dependendo do processo. Novas aplicações de ácido láctico, principalmente, na produção de polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis (poli-ácido láctico) e solventes verdes (lactato de etila) vêm despertando interesse e tem potencial para expandir o mercado, desde que processos economicamente viáveis e eficientemente competitivos sejam desenvolvidos. Este trabalho teve como objetivo a produção de ácido láctico via processo fermentativo, seguindo com sua esterificação com etanol para obtenção de lactato de etila e posterior desidratação de lactato de etila para síntese de acrilato de etila. A fim de determinar condições ideais de processo, considerando uso de matéria-prima renovável e de baixo custo, inicialmente foi selecionada uma bactéria láctica adaptada a ambiente industrial, capaz de assimilar sacarose para produção de ácido láctico. Foram desenvolvidos planejamentos experimentais para determinação das melhores condições operacionais e também, determinada a cinética do processo de fermentação láctica, que foi usada na modelagem do processo. O ácido láctico produzido foi esterificado com etanol a partir de um processo de destilação reativa para obtenção de lactato de etila. Para finalizar o trabalho, foram avaliados caminhos alternativos para desidratação de lactato de etila para síntese de acrilato de etila / Abstract: The continuous development of fermentative processes of low cost and highly efficient to organic acids production to create new opportunities for chemical production from renewable raw materials. The combination of the low cost of lactic acid production from sugarcane fermentation, reduction oil dependence and biocatalysts use, make the production of acrylates and lactates attractive of the viewpoint environmental and also economic, depending on the process. New application of lactic acid, mainly in the production of biodegradable polymer (polylactic acid) and green solvents (ethyl lactate) have attracted interest and has potential to expand the market since economically viable and competitive effectively processes are developed. The aim of this study was the lactic acid production by fermentation, following with its esterification with ethanol to obtain ethyl lactate and subsequent dehydration to the ethyl acrylate synthesis. In order to determine the process ideal conditions, considering the use of renewable raw materials and low cost, initially was selected a lactic acid bacteria adapted to an industrial environment, able to ferment sucrose to lactic acid production. Were developed experimental design for determining the best operating conditions and to determine the kinetics of lactic fermentation which was used in the fermentative process modeling. Lactic acid produced was esterified with etanol from a reactive distillation process for obtaining ethyl lactate. To conclude the work, were evaluated alternative pathways for ethyl lactate dehydration to the ethyl acrylate synthesis / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DuranRincon_MelvinAroldo_D.pdf: 3176333 bytes, checksum: ab6a025c0e8a054574cb6b2d3552a0da (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Recentemente, a substituição de materiais convencionais utilizados na alimentação, produtos farmacêuticos e cosméticos por produtos naturais vem ganhando mais e mais interesse e importância. As principais indústrias nacionais e internacionais têm procurado fontes naturais alternativas para seus insumos e matérias primas, e uma das grandes dificuldades está na própria obtenção de tais materiais e principalmente, no isolamento e purificação dos agentes bioativos. O café é uma das bebidas mais conhecidas em todo o mundo, agindo como estimulante nas pessoas devido a sua atividade psicogênica. O café é um dos mais importantes produtos agrícolas representando uma das bases do desenvolvimento econômico e social dos países produtores. O café foi erroneamente considerado no passado como um produto onde basicamente seu principal composto era a cafeína, mas ele tem mais de 1000 compostos tais como vitaminas, aminoácidos, açúcares, lipídios, minerais, diterpenos (cafestol, caveol), ácidos clorogênicos, entre muitos outros ainda a ser estudados. O conteúdo de óleo nos grãos de café é de aproximadamente 18% p/p. Este é composto principalmente de triacilglicerol (TAG) 75%, ésteres diterpênicos de ácidos graxos (principalmente cafestol e caveol) 18%, ceras, ácidos graxos livres, esteróis, tocoferóis e diterpenos livres. O óleo contido no grão de café verde tem uma alta composição de ácidos linoléico e palmítico, e é classificado como óleo não-secante. Este óleo é um líquido à temperatura ambiente e tem importantes aplicações na indústria de cosméticos, por sua ação como protetor solar, propriedade que é atribuída aos diterpenos. Muitas empresas in Brasil (Café Pelé, Café Iguaçu, Cia Cacique de Café Solúvel, Odebrecht-Comércio e Indústria de Café, e indústrias linax) oferecem o óleo de café torrado e verde no mercado obtido por prensagem mecânica, e este é geralmente acondicionado em recipientes plásticos com capacidade de 5 e 20 kg. Neste projeto foi fracionado o óleo de café verde da variedade Coffea arabica, por meio de destilação molecular para alcançar frações com maior teor de diterpenos. As frações obtidas foram caracterizadas através de procedimentos analíticos para conhecer a influencia dos diterpenos cafestol e caveol sob as propriedades físico-químicas, assim como o comportamento térmico e reológico. Também foi desenvolvido um programa de simulação baseado no simulador comercial Aspen Plus, para observar a influencia das variáveis mais importantes na destilação molecular. No entanto, não houve informação detalhada, nem estudos sistemáticos, sobre o refino do óleo de café utilizando destilação molecular. A idéia de desenvolver o modelo é compreender o processo e ter uma ferramenta que permita uma extensa avaliação do impacto das diferentes condições operacionais e, em seguida, para implementar a mais adequada condição operacional no destilador molecular / Abstract: Recently, the substitution of conventional materials used in the nutrition, pharmaceutical, and cosmetic areas by natural products has gained more and more interest and importance. The main national and international industries have sought alternative natural sources for their inputs and raw materials. One of the great difficulties in obtaining such material is especially the isolation and purification of bioactive agents. Coffee is one of the most popular beverages worldwide, acting as a stimulant in people due to its activity psychogenic. Coffee represents one of the most important agricultural products for producing countrie's economic and social. Coffee was wrongly considered into the past as having basically or mainly caffeine. Coffee has more than 1.000 compounds such as vitamin, amino acids, sugars, lipids, minerals, cafestol, kahweol, chlorogenic acids, among many others yet to be studied. The oil content in coffee is about 18% w / w. This consists mainly of triacylglycerol (TAG) 75%, diterpene fatty acid esters (mainly cafestol and kahweol) 18%, waxes, free fatty acids, sterols, tocopherols, and free diterpenes.The oil contained in green coffee bean has a high composition of palmitic and linoleic acids, and is classified as nondrying oil. This oil is a liquid at room temperature and has important applications in the cosmetics industry by acting as a sunscreen, a property that is attributed to the diterpenes. Many companies in Brazil (Café Pelé, Café Iguaçu, Cia Cacique de Café Solúvel, Odebrecht-Comércio e Indústria de Café, e indústrias linax) offer the oil of roasted coffee and green coffee on the market, obtained by mechanical pressing, usually packaged in plastic containers with a capacity of 5 and 20 kg. In this work, the green coffee oil (Coffea arabica), was fractionated by molecular distillation to achieve fractions with higher levels of diterpenes. The obtained fractions were characterized by analytical procedures to know the influence of the diterpenes cafestol and kahweol on the physico-chemical as well as thermal and rheological behavior. We also developed a simulation program based on the commercial simulator Aspen Plus to observe the influence of the most important variables in molecular distillation process. The idea of developing the program is to understand the process and have a tool that allows the evaluation of the impact of different operating conditions and to implement the results in the experimental tests / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:51:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calais_MarianaLemede_M.pdf: 1444067 bytes, checksum: dffb5a92d67e1e3f44dfbd1423240a8b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Apesar da forte dependência do petróleo para fins energéticos e em indústrias de base e transformação, existe uma constante discussão em torno da instabilidade e riscos em mantê-lo como uma das principais matrizes energéticas de um país. Fatores como os recentes aumentos no preço do petróleo, as perspectivas de esgotamento das reservas, os riscos geopolíticos decorrentes da dependência de países politicamente instáveis e compromissos mais sólidos com a questão ambiental contribuem para essa discussão. Nesse cenário, o etanol vem consolidando a sua posição de destaque no mercado mundial. As atenções voltadas para o etanol não estão restritas somente a sua aplicação como combustível, mas incorpora também o etanol grau químico, fonte de matérias-primas utilizadas em diversos setores da indústria de transformação. Considerando a importância e a variada gama de utilização do etanol, o desenvolvimento de rotas alternativas de produção é essencial para suprir a sua crescente demanda. Uma rota promissora para obtenção do etanol é através da conversão catalítica do syngas, uma mistura de gases constituída por monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio. Muitos estudos têm sido desenvolvidos nas últimas décadas visando melhorias no processo com o intuito de aumentar a eficiência da produção de etanol e, assim, tornar este processo competitivo e economicamente viável. O presente trabalho apresenta um levantamento bibliográfico com os principais tópicos disponíveis na literatura sobre o processo de conversão catalítica do syngas em etanol, com especial foco na síntese direta. Com o intuito de contribuir cientificamente com trabalhos em desenvolvimento na área, é proposto um processo para a obtenção de etanol hidratado e anidro a partir da conversão catalítica do syngas. O processo foi estudado através de simulação computacional e desenvolvido no software comercial Aspen Hysys® com o intuito de prever o comportamento do processo com base nas cinéticas das reações de hidrogenação de monóxido de carbono disponíveis na literatura. As simulações permitiram avaliar o impacto de variáveis operacionais e de projeto no desempenho do processo / Abstract: Despite of the strong dependence on oil for energy production and as feedstock for several important industrial processes, there is a constant discussion about the instability and risks in keeping it as a major source of energy in a country. Factors such as the increase of oil prices, forecasted depletion of reserves, geopolitical risks arising from oil dependence on politically unstable countries and stronger commitment to environmental issues contribute to this discussion. In this context, the ethanol has consolidated its position of prominence in the global market. Interests on the ethanol are on fuel field as well as in the manufacturing industry as a source of raw material. Based on the importance and the wide range of ethanol applications, it is necessary alternative routes of production in order to attend the growing demand. A promising route for obtaining ethanol is through the catalytic conversion of syngas, defined as a mixture of gases consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. Several studies have been developed in recent years in order to increase the efficiency of ethanol production and, thus, make this process competitive and economically feasible. In this work, it is presented a review with the main topics available in the published literature about the process of catalytic conversion of syngas into ethanol, with special focus on the direct synthesis. It is proposed a process for obtaining hydrated and anhydrous ethanol from the catalytic conversion of syngas. It was presented a computer study approach realized in the Aspen Hysys® commercial software in order to predict the behavior of the process based on the kinetics of the hydrogenation reactions of carbon monoxide available in the literature. Simulations allowed to evaluate the impact of operating conditions and design variables on the process performance / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T06:40:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ponce_GustavoHenriqueSantosFlores_M.pdf: 2143696 bytes, checksum: b1a887c5f0e6a50df07854e7fc8a5150 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo dessa dissertação foi o de comparar, através de simulações utilizando o software Aspen Plus® os gastos energéticos de uma coluna de destilação usual com relação a uma Coluna de Destilação com Integração Interna de Calor (CDIIC), para o mesmo fim. A destilação é um processo que consome muita energia sendo que possui uma baixa eficiência energética (em torno de 10%). A CDIIC atua aumentando a temperatura da seção de retificação colocando esta em contato direto com a seção de esgotamento, fazendo-as trocar calor, provendo parte, ou toda energia, necessária a ser adicionada e retirada da coluna. Trata-se de uma recente tecnologia com a vantagem de uma menor degradação energética ao longo da coluna e, conseqüente, maior eficiência. Nas simulações foram realizadas concentrações (em percentual mássico de etanol) de uma mistura de etanol - água a 92,6% a partir da concentração que a mistura de vinho fermentado de-levedurado do processo batelada alimentada contendo 8% em massa. A mistura etanol-água foi estudada porque hoje existe um grande interesse no Brasil em tecnologias que diminuam o seu custo de produção. Sendo a destilação a etapa fundamental do processo de concentração dessa mistura, e a mesma se tratar de um processo que demanda muita energia, o projeto se encaixa justamente na prerrogativa da diminuição dos gastos na obtenção do produto de interesse. Os resultados mostram uma economia energética na coluna CDIIC próxima de 80% com relação à coluna convencional. Por não possuir o valor experimental do coeficiente global para a mistura e este ser essencial para o calculo da troca térmica (assim como a área efetiva de troca térmica) na CDIIC, utilizou-se correlações para seu cálculo, estas tiveram grande enfoque teórico/metodológico no trabalho e influenciaram diretamente nos resultados / Abstract: The objective of this thesis was to compare, through simulations using the software Aspen Plus® energy spent of a usual distillation column with respect to a Internal Heat Integration Distillation Column (i-HIDIC) for the same purpose. Distillation is a process that consumes lots of energy being that has a low efficiency (around 10%). The CDIIC works by increasing the temperature of the rectifying section putting it in direct contact with the stripping section, making the heat exchange, providing some or all energy needed to be added and removed from the column. This is the latest technology with the advantage of a lower energy degradation along the column and, consequently, greater efficiency. In the simulations were conducted concentrations (in mass percentage of ethanol) of a mixture of ethanol - water to 92.6% from the concentration of the mixture of fermented wine without yeast of fed batch process with 8% by weight. The ethanol-water mixture was studied because today there is great interest in Brazil in technologies that reduce their cost of production. As the distillation is the key step in process of concentration in the blend, and the same it is a process that demands lots of energy, the project fits in the reduction of expenses in obtaining the product of interest. The results show an energy economy in the CDIIC column of 80% compared to conventional column. Why not have the experimental value of the overall coefficient of heat transfer for the mix and this is essential for calculating the heat exchange (as well as the effective area of heat exchange) in CDIIC, correlations was used for your calculation, these had highly approach theoretical and methodological at work and directly influence in the results / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Teresa Massako Kakuta Ravagnani, João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T04:47:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lang_JeanPierre_M.pdf: 1967050 bytes, checksum: 0383f4c0388e6e7aa19f19c4c4688052 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: As colunas de recheio são equipamentos intensamente aplicados em operações de separação tais como destilação, absorção de dessorção. No entanto, a sua capacidade à transferência de massa em contracorrente é limitada devido à sua inundação. Uma nova tecnologia HIGEE ('high g¿ ¿ alta gravidade é proposta para superar esta limitação. Uma cluna HIGEE utiliza um recheio rotativo que induz acelerações centrífugas acima de 1000 vezes a aceleração da gravidade terrestre. O aumento da força motriz permite o aumento da capacidade e da eficiência da coluna. De acordo com vários autores, o tamanho do equipamento fica consideravelmente reduzido, apresentando vantagens econômicas e operacionais. A principal proposta deste trabalho é avaliar a forma como a coluna com recheio rotatico se comporta quando o raio externo do rotos é aumentado de 8 (Nascimento, 1999 e 2003) para 13cm.Os experimentos foram conduzidos em condições de refluxo total, sendo utilizando dois sistemas destilantes: n-hexano/n-heptano e etanol/água. A velocidade do rotor foi variada de 500 a 2300 rpm, criando acelerações contrifugas de 26 a256 vezes a aceleração da gravidade. O efeito da vazão de vapor, velocidade de rotação e do sistema destilante sobre o coeficiente de transferência de massa, 'K IND. y¿¿a IND. e¿ depende do fluxo de vapor, mas fracamente da velocidade do rotor...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Packed colummns are equipment intensively applied in separations such as distillation, absorption and stripping , absorption and strippig. However, its for counter-current mass transfer is limited due to its flooding. A new HIGEE (high g ¿ high gravity) technology is proposal to overlap this limitation. A HIGEE column uses a rotating machine that promotes centrifugal accelerations above 1000 times the terrestrial gravity acceleration. The increase of the driving force allows the increase of column¿s capacity and efficiency. In accordance with some authors, the equipment size considerably reduced presenting economic and operational advantages. The main proposal of this work is to evaluate how the mass transfer behavior of the HIGEE column changes when the external rotor radius is increased from 8 (Nascimento 1999 and 2003) to 13 cm. The experiments had been conduced in total reflux conditions using two distilling system n-hexane/n-heptane and ethanol/ water. The rotor's speed was vaied from 500 to 2300 rpm , provided centrifugal accelerations from 26 to 556 times higher than terrestrial gravity acceleration. The effect of the vapor outflow, rotation speed and distilling system on mass transfer coefficient 'K IND. y¿¿a IND. e¿ and transfer unit area, 'AUT IND. G¿had been analyzed for each rotor size...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Cesar Benedito Batistella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T23:41:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fregolente_LeonardoVasconcelos_M.pdf: 590348 bytes, checksum: 2ba3d20d50e05dcaaf811d7862b9cb67 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Monoglicerídeos são emulsificantes amplamente utilizados em alimentos, fármacos e cosméticos. Industrialmente, são produzidos através da interesterificação de triglicerídeos com glicerol, a altas temperaturas (> 200°C), na presença de catalisadores inorgânicos. Também conhecida como glicerólise, esta reação produz uma mistura com aproximadamente 50% de monoglicerídeos. Este nível de concentração é adequado a muitos tipos de aplicações, no entanto, para fabricação de alguns produtos como argarinas, sorvetes e recheios, devem ser utilizados monoglicerídeos de alta concentração (teor mínimo de 90%), os quais são normalmente produzidos através do processo de destilação molecular. Assim, neste trabalho, foi utilizado um destilador molecular centrífugo com área de evaporação igual a 0,0046m2, para a obtenção de monoglicerídeos de alta concentração (até 96,3%). A metodologia de análise de superficie de resposta foi utilizada para a identificação das condições operacionais ótimas de enriquecimento de monoglicerídeos na corrente de destilado. Além disso, um planejamento experimental 23 foi empregado para estudarem-se os efeitos de alguns parâmetros reacionais sobre a concentração de monoglicerídeos na condição de equilíbrio químico da reação de glicerólise de óleo de soja refinado, catalisada por hidróxido de sódio. Então, utilizando-se as condições de destilação otimizadas através da metodologia de análise de superficie de resposta, os produtos reacionais foram destilados, aumentando-se assim a concentração de monoglicerídeos / Abstract: Monoglycerides are emulsifiers widely used in food, harmaceutical, and cosmetic fields. Current industrial processes for monoglycerides production consist on the interesterification of triglycerides with glycerol in the presence of inorganic catalysts at high temperatures (>200°C). This reaction is known as glycerolysis and produces a mixture of approx 50 % of monoglycerides. This leveI of concentration is suitable for many applications, although, some specific uses like margarine, icing and cream filling require distilled monoglycerides, which are purified monoglycerides (min. 90%) normally obtained by molecular distillation processo Therefore, in this work, a centrífugal molecular distillator of evaporation area of 0.0046m2 was used to obtain monoglycerides with up to 96.3% of purity. Response surface methodology was applied as a tool to identifY operating conditions that can lead to higher monoglycerides purity in the distillate stream. Furthermore, a 23 factorial design was employed to evaluate the effects of reaction parameters on the monoglycerides concentration after the interesterification reaction of refmed soybean oil with glycerol in the presence of sodium hydroxide as catalyst. The monoglycerides content in the reaction product was enhanced, using the optimized distillation conditions obtained by the response surface methodology / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Cesar Benedito Batistella / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T22:08:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_PatriciaFazzio_D.pdf: 2798470 bytes, checksum: 76a067568375eba9f888ab25f402d0e9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho, foram realizados ensaios para avaliar a concentração de tocoferóis e fitoesteróis a partir do destilado desodorizado de óleo de soja (DDOS) utilizando o processo de destilação molecular. Os destilados desodorizados de óleos vegetais (DDOV) são subprodutos gerados pelas indústrias de refino de óleos vegetais, e podem ser considerados como as matérias-primas mais apropriadas para realizar a recuperação e concentração de tocoferóis e fitoesteróis porque apresentam maiores concentrações destas moléculas em relação às demais fontes naturais. Os DDOV são constituídos por diversas substâncias, entre elas, os ácidos graxos livres, fitoesteróis, tocoferóis, ésteres de fitoesteróis, hidrocarbonetos, glicerídeos e produtos da decomposição destas moléculas. Neste trabalho, os estudos e experimentos para realizar a concentração de tocoferóis e fitoesteróis foram divididos em duas classes: 1. ensaios realizados para eliminação de ácidos graxos livres (AGL), que constituem grande parte da matéria-prima (24 a 85%) e 2. ensaios realizados para eliminação de glicerídeos (di- e triglicerídeos). Para fins comparativos, a eliminação de AGL foi estudada através de duas estratégias distintas: (A) o emprego de apenas uma etapa de destilação utilizando diversas condições operacionais de temperatura do evaporador e vazão de alimentação e (B) a utilização de etapas sucessivas de destilação molecular. A eliminação de glicerídeos também foi estudada utilizandose duas estratégias distintas, são elas: (A) A utilização do DDOS bruto e (B) o emprego do DDOS modificado quimicamente. A modificação química do DDOS envolveu a realização de uma reação de saponificação seguida de uma tapa de acidulação. Estes experimentos foram realizados com o intuito de comparar e discutir as diferentes estratégias utilizadas para concentração de tocoferóis e fitoesteróis a partir do DDOS por meio da destilação molecular. Além disso, também foi realizada neste trabalho a avaliação do simulador Dismol (Batistella, 1996) para a eliminação dos AGL do DDOS utilizando apenas uma etapa de destilação molecular e diversas condições operacionais / Abstract: In this work, experiments were conducted in order to evaluate the concentration of tocopherols and phytosterols from soybean oil deodorizer distillate (SODD) through molecular distillation process. The vegetable oils deodorizer distillates (VODD) are byproducts generated by the industries of vegetable oil refining and can be considered as one of the raw materials more appropriated to conduct the recovery and concentration of tocopherols and phytosterols due to the higher concentrations of these molecules in comparison with other natural sources. VODD are composed by several substances, among them, free fatty acids, phytosterols, tocopherols, phytosterols esters, hydrocarbons, acylglycerols and decomposition products of these molecules. The studies and experiments to carry out tocopherols and phytosterols concentration were organized in two classes: 1. experiments performed for free fatty acids (FFA) elimination, which composed the major part of the raw material (24 a 85%), and 2. experiments carried out for acylglycerols elimination. Within the experiments developed for FFA elimination, two different strategies were conducted for comparison. They are: (A) using just one distillation step and different operating conditions of evaporator temperature and feed flow rate and (B) employing successive steps of molecular distillation. For acylglycerols elimination, two distinct strategies were used. They are: (A) using crude SODD and (B) using SODD chemically modified. The chemical preparation of the SODD involved a saponification reaction followed by an acidulation step. These experiments were performed aiming to compare and discuss different strategies that can be used for tocopherols and phytosterols concentration from SODD using molecular distillation. In addition, in this work, it was performed the validation of DISMOL (Batistella, 1996) simulator for FFA elimination using just one molecular distillation step and various operating conditions / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T13:52:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batistella_CesarBenedito_M.pdf: 5538194 bytes, checksum: 649f6cfb2558c29691fb97d2f2b06767 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: A industrialização de compostos de propriedades terapêuticas requer muito esforço em sua manufatura, especialmente no estágio de purificação, devido às especificações rigorosas desses produtos químicos para serem usado no setor farmacêutico. No estágio de purificação, os processos mais usados são: extração líquido-líquido, cristalização, adsorção, lavagem sólido-líquido, destilação, etc. A destilação convencional, entretanto, em muitos casos, não pode ser utilizada, devido à instabilidade térmica dos compostos envolvidos. Existem, por exemplo, produtos sensíveis ao calor, tais como, vitaminas A, E, K, muitos intermediários farmacêuticos, como a ranitidina, diversos cosméticos, óleos de origem vegetal, como o derivado da desodorização do óleo de soja (DDOS), óleos essenciais de plantas com fins terapêuticos, etc. Em muitos casos, a destilação se apresenta como a única forma econômica de purificação. Surge então a destilação molecular, processo que utiliza alto vácuo e temperaturas reduzidas. Basicamente, há dois tipos de equipamentos para conduzir a destilação molecular: os destiladores de filme descendente e o centrífugo.Geralmente, esses equipamentos têm caráter multipropósito, designação comum na indústria de química fina. Desta forma, tomam-se importante a modelagem e a simulação rigorosa de tais destiladores, para estabelecer as condições de operação, e otimizar variáveis importantes, normalmente, o rendimento e a pureza do produto final. O objetivo deste trabalho, então, é a modelagem e a simulação dos destiladores de filme descendente e centrífugo, a partir das equações de balanços de massa, energia, momentum, e equação da taxa de evaporação. O sistema de equações resultantes é resolvido por um método de diferenças finitas implícito, o qual se apresenta muito estável. Os efeitos de diversos parâmetros na taxa da evaporação e na eficiência de separação foram estudados com sistemas binários. Uma análise comparativa entre os destiladores de filme descendente e centrífugo foi também realizada / Abstract: The industrialization of therapeutic property compounds requires a lot of efforts in their manufacture, especially in the purification stage because of the rigorous especifications of these chemical products to be used on the pharmaceutical sector. In the purification stage, the most used processes are: liquid-liquid extraction, crystallization, adsorption, solid-liquid washing, distillation, etc. The conventional distillation, however, in many cases, can not be utilized, because of the thermal instability of the involved compounds. Since, they are products sensitive to heat such as vitamines A, E, K, and many others pharmaceutical intermediaries, as for example ranitidine, several cosmetics, vegetal oils, solar protector as the parsol, high vacuum oil, and petroleum derivative products, etc. In many cases, the use of distillation shows itself as the only economic form of purification. Molecular distillation, so appears as an important separation process that utilizes high vacuum and low temperatures. Basically, there are two kinds of equipments for carrying out molecular distillation: the falling film and centrifugal distillators. Generally, these apparatuses have multipurpose functions, as usually designated in the fine chemical industry. Also for this, it becomes important the rigorous modeling and simulation of such distillators, to estabilish operating conditions, improve yield and purity of the final product, and to establish flexibility index. The objetive of this work, then, is the modeling and simulation of the falling film and centrifugal distillators, using the mass, energy and momentum balance equations. The equations were solved by finite difference methods. The effects of several parameters on the distillation rate and the separation efficiency were studied for binary systems. A comparative analysis between the falling film and centrifugal distillation apparatus was also carried out / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T02:17:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_AntonioAndreChivanga_D.pdf: 8677842 bytes, checksum: ba6cd70cd586cec722ca5f4dafbb8b22 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo geral a busca de uma metodologia para determinação de eficiências nos processos de destilação, mediante estudo detalhado da influência de parâmetros físicos, térmicos, de transporte e hidráulicos pertencentes aos componentes, às misturas e de detalhes do equipamento de separação. Busca, por outro lado, também, estudar a modelagem de não equilíbrio e correlacioná-la com a modelagem de equilíbrio para melhor entendimento da definição e influência do conceito da eficiência. Dentro deste contexto, procedeu-se com uma modificação no procedimento convencional da correlação de O'Connell que determina a eficiência ao longo da coluna de destilação. Como resultado, foram obtidos perfis de eficiência e de variáveis do processo que contribuem para o entendimento dos fenômenos de transferência de calor e massa. Considerando-se as dificuldades encontradas em se estabelecer valores para a eficiência de prato e componente, desenvolveu-se a modelagem de colunas de destilação convencional e extrativa segundo o conceito de estágios de não equilíbrio. Nesta modelagem, são completamente eliminados os fatores de correção empíricos, como as eficiências utilizadas nos estágios de equilíbrio, uma vez que se consideram as transferências simultâneas de massa e calor entre as fases líquida e vapor e também as dimensões do equipamento. Levando-se em consideração a influência dos parâmetros de transferência simultânea de massa e calor, foram desenvolvidas correlações para a eficiência de componente e de prato para colunas de destilação convencional e extrativa. Foram usados dados experimentais para convalidar a correlação desenvolvida para a destilação extrativa (Barros & Wolf), a qual mostrou-se bastante precisa. Resultados a partir da modelagem de não equilíbrio foram usados para avaliar as correlações desenvolvidas para o processo de destilação convencional (colunas simples e complexas) e também para o processo de destilação extrativa. Um vasto estudo foi feito para identificar o comportamento da eficiência na coluna de destilação, mediante perturbação na posição de alimentação, especificação, tipo do condensador, parâmetros térmicos de alimentação, fluxos nas saídas laterais, fluxos de alimentação, composição de alimentação, tipo do sistema, etc. Os resultados obtidos da modelagem de não equilíbrio foram comparados com os do modelo de equilíbrio simulado com eficiência constante de 100%, 70%, 50% e 40%, com a correlação de O'Connell modificada e com a correlação desenvolvida neste trabalho (Barros & Wolf). Simulações também foram realizadas usando eficiências diferentes para componentes diferentes visando verificar o desvio com relação aos dados do modelo dos estágios de não equilíbrio. Usou-se também a eficiência de componentes da correlação desenvolvida. Foi possível observar que a eficiência não é constante ao longo da coluna e é altamente dependente das especificações usadas referentes ao grau de liberdade da coluna e das propriedades físicas do sistema. Dos resultados obtidos pode-se concluir que a modelagem de não equilíbrio representa uma importante ferramenta para a avaliação da complexidade de colunas de destilação reais. Por outro lado, com o desenvolvimento de novas correlações de eficiência é possível agora, fornecer valores mais realistas das eficiências de prato e componentes para se trabalhar com a modelagem de equilíbrio. Convém salientar que a geração de perfis de eficiência, como realizado neste trabalho é inédito na literatura publicada. Além disso, são analisados diversos parâmetros que influem nos valores da eficiência que até hoje não foram citados / Abstrat: This work has as the general objective the search of a methodology for the determination of efficiencies in the distillation processes, through detailed studies of the influence of physical, thermal, transport and hydraulic parameters of the compounds and of the mixtures and of the details of the separation equipments. It searches, on the other hand, also, to study the modeling of nonequilibrium and to correlate it with the equilibrium modeling for better understanding of the definition and influences of the efficiency concept. In this context, a modification in the conventional procedure of the O'Connell correlation was made, which determines the efficiency along the distillation column. As result, profiles of efficiency and of process variables were obtained which have contributed for the understanding of the mass and energy transfer parameters. Considering the difficulties encountered in giving numerical values for plate and component efficiencies, the modeling of conventional and extractive distillation process was developed according to the concept of nonequilibrium stages. In this way, the empirical correcting factors, as the efficiences used in the equilibrium stage model, are completely eliminated, since in this case, the simultaneous mass and energy transfers between the liquid and vapour phases are considered and, also, the dimensions of the equipment are taken into account. Taking into consideration the influence of simultaneous mass and energy transfer parameters, correlations were developed for calculating component and mixture efficiencies for conventional and extractive distillation columns (correlation of Barros & Wolf). Experimental data were used for validation of the developed correlation for extractive distillation, which has demonstrated good precision. Results from the nonequilibrium model were used for evaluation of the developed correlations for the conventional (simple and complex columns) and, also, for the extractive distillation process. A vast study was carried out for identifying the behavior of the efficiency in the distillation column, through perturbations in the feed position, specifications, type of condenser, feed thermal parameters, side stream flow rate, feed rate, feed composition, type of the system, etc. The obtained results of the nonequilibrium model were compared with the equilibrium model simulated with constant efficiencies of 100%, 70%, 50% and 40%, with the modified O'Connell correlation and with the correlation developed in this work (Barros & Wolf). Simulations also were carried out using different efficiencies for different components, looking for verifying the deviations with relation to data of the nonequilibrium model. The component efficiency from the developed correlation also was used. It was possible to observe that the efficiency is not constant along the column and it is highly dependent upon the specifications. used related to the degrees of freedom of the column and of the physical properties of the system. From the results, it can be concluded that the nonequilibrium modeling represents an important tool for evaluation of the complexity of real distillation columns. On the other hand, with the development of the new correlations of efficiency , it is possible, now, to give more realistic values of plate and component efficiencies for working with the equilibrium stage model. It is important to mention that the efficiency profiles outlined in this work is inedit in the published literature. Furthermore, several parameters are evaluated which influence in the efficiency values which up to now do not were mentioned. / Doutorado / Doutor em Engenharia Química