Drilling, one of the stages of oil and gas exploration, now has as targets regions of great complexity, with high depths. Coated or contaminated cuttings with drilling fluid are a result of drilling. The drilling fluids are water-based or non-aqueous based liquids. A more restrictive environmental legislation and the need to reduce the costs of drilling (exploration and production) lead to optimization of solid-liquid separation and recycling drilling fluids. Because oil industry has to submit itself to ever more stringent environmental laws it has applied a great deal of investments on sustainability research. In this context, this work provides a study of the characteristics of drilling cuttings and synthetic drilling muds at different steps of the solids control sistem, in order to know their behavior and its change over the process. The concentration of water, organic phase and solids in the mud were measured. The density and particle size of the cuttings were analyzed. The rheology and thixotropy of the mud were investigated. For this, samples of drilling mud were collected throughout the solids control system of five PETROBRAS onshore drilling rigs in Bahia (BA). The concentrations index are so important when investigating the efficiency of operation of the equipments in the solids control. The density of solids is very close to the density of clays. The results show that the rheology of drilling mud in the solids control process behaves as a non-Newtonian fluid, pseudoplastic, viscoplastic and thixotropic. The particle size of solids varies with operating conditions and always presents two average diameters by sample. The cutting dryer, a vertical centrifuge, plays a key role in the waste disposal due the stringent environmental laws, especially on offshore platforms. Thus, in order to research the optimization or restructuration of this step in the waste disposal, a study was carried on this equipment and the main points of its structure and operation were reported. / A perfuração, uma das etapas da exploração de petróleo e gás, hoje objetiva cenários geológicos de grande complexidade, com elevadas profundidades. Como efluente da atividade exploratória há a geração de cascalhos contaminados ou revestidos com fluido de perfuração. Uma legislação ambiental mais rigorosa e a necessidade de reduzir os custos de perfuração (prospecção e produção) apontam para a necessidade de otimização da separação e reciclagem do fluido de perfuração de poços de petróleo e gás. A atividade petrolífera é desenvolvida em condições cada vez mais restritivas do ponto de vista ambiental, sendo incessantes os estudos e investimentos em busca da sustentabilidade. Como exemplos de equipamentos para o processamento da lama de perfuração podem ser citados as peneiras vibratórias, os hidrociclones e as centrífugas. Neste contexto, o presente trabalho traz um estudo detalhado das características dos sólidos e da lama de perfuração base n-parafina em diferentes pontos do processo de controle de sólidos, com o objetivo de investigar o comportamento dos mesmos e sua alteração ao longo do processo. Foram realizadas análises de concentração de água, fase orgânica e sólidos na lama, densidade dos sólidos, reologia e tixotropia da lama e granulometria dos sólidos. Para isso, amostras de lama de perfuração foram coletadas ao longo do sistema de controle de sólidos em cinco sondas de perfuração terrestre da Petrobras no interior da Bahia (BA). As concentrações analisadas são de grande importância na investigação da eficiência de operação dos equipamentos do processo de controle de sólidos. A massa específica dos sólidos é bem próxima da massa específica de argilas. Os resultados de reologia mostram que a lama de perfuração em todo o processo de controle de sólidos se comporta como um fluido não-newtoniano, pseudoplástico, viscoplástico e tixotrópico. A granulometria dos sólidos varia com as condições de operação e apresenta, no geral, dois diâmetros médios em cada corrente amostrada. O secador de cascalho, um tipo de centrífuga vertical, desempenha papel fundamental na adequação dos resíduos às leis ambientais de descarte, principalmente em plataformas offshore. Assim, visando futuramente a otimização ou mesmo reestruturação desta etapa do processo de descarte de resíduos, foi realizado um estudo sobre esse equipamento e levantado os pontos principais de sua estrutura e operação. / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grettya Maria Assuncao.pdf: 2495923 bytes, checksum: 815b6e9d74269efe9f6ba6585d9b8a4f (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / The whey is a dairy industry effluent. Due to its high nutritional content , is used in the production of whey protein concentrate by ultrafiltration. This process generates another residue, cheese whey permeate which also contains high nutritional content, it is rich in lactose, and some minerals (P, K, Mg, Na and Ca). Can be reused in fermentation processes as a source of nutrients. One of these processes is the production of cell biomass from the growth of yeasts for use in food for human and animal consumption. Yeasts are used to obtain the GRAS (generally regarded the safe), in other words, be considered safe for use in foods. Some are: S. cerevisiae, used as a standard micro-organism to have its well-defined characteristics; S. boulardii, used in medicine as probiotic and marketed as a medicine, there are no reports of its production from waste; K. marxianus with potential of metabolizing lactose present in the permeate. This work aims to study the growth of three yeasts, using culture medium as the residue of cheese whey permeate, for the production of biomass. Two experimental design were performed to enzymatic hydrolysis in order to obtain the best condition for this process, and an experimental design was carried out for the fermentations in order to assess which variables are significant in the production of yeast biomass process. The analyzes carried out during the process were: absorbance, reducing sugars, indirect and direct dry weight and pH. Fermentation was carried out with addition of oxygen, aiming an increase in the production of cell biomass, BOD and COD analysis and analysis of the final concentration of ethanol. The best condition for the hydrolysis was obtained using [enzyme] 0.125% , T 35.35 °C and pH 7,7. For the production of biomass without added oxygen, the best values achieved for all yeasts were from 150 g L-1 and permeate temperature of 30 °C, the results were: 14.22 g L-1 of S. cerevisiae at pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0.5 g L-1 [MgSO4], and 4 g L-1 [KH2PO4 ]; 22.85 g L-1 of S. boulardii at pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1.2 g L-1 [MgSO4] and 9 g L-1 [KH2PO4]; and 16.90 g L-1 of K. marxianus at pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2.5 g L-1 [MgSO4] and 1 g L-1 [KH2PO4]. The results of cell biomass obtained in these process conditions and with the addition of oxygen to the fermentation medium were 16.54 g L-1 of S. cerevisiae, 30.58 g L-1 of S. boulardii and 21.12 g L-1 K. marxianus. The ethanol concentration at the end of the process for each yeast was 28.8 g L-1 of ethanol from S. cerevisiae; 27 g L-1 of ethanol from S. boulardii and 52.1 g L-1 of ethanol from K. marxianus. And the reduction in BOD and COD parameters was 69.31% in COD and 97.19% in BOD using S. cerevisiae; 97.67 % in COD and 99.53 % in BOD using S. boulardii; and 83.53 % in COD and 93.14 % in BOD using K. marxianus. Thus, the study demonstrated that permeate cheese whey is a residue with a potential application in the production of yeast biomass, which allow the end of the fermentation process reduced the initial organic load of the waste being one of the bound parameters to reduce the environmental impact as well as the decreasing cost of the wastewater treatment processes. / O soro de queijo é um efluente da indústria láctea. Devido ao seu alto teor nutricional, é utilizado na produção de concentrado proteico de soro por ultrafiltração. Esse processo gera outro resíduo, o permeado de soro de queijo que também contém elevado teor nutricional, pois é rico em lactose, além de alguns sais minerais (P, K, Mg, Na e Ca). Pode ser reutilizado em processos fermentativos como fonte de nutrientes. Um destes processos é a produção de biomassa celular proveniente do crescimento de leveduras, para uso em alimentos para consumo humano e animal. As leveduras utilizadas devem obter o GRAS (generally regarded as safe), ou seja, ser consideradas seguras para o uso em alimentos. Algumas são: S. cerevisiae, utilizada como micro-organismo padrão por ter suas características bem definidas; S. boulardii, utilizada na medicina como probiótico e comercializada como medicamento, não havendo relatos da sua produção a partir de resíduos; K. marxianus com potencial de metabolizar a lactose presente no permeado. Este trabalho tem por objetivo estudar o crescimento das três leveduras utilizando como meio de cultivo o resíduo permeado de soro de queijo, para a produção de biomassa. Dois planejamento experimentais foram realizados para a hidrólise enzimática visando obter a melhor condição para esse processo, e um planejamento experimental foi realizado para as fermentações com o intuito de avaliar quais as variáveis são significativas no processo de produção de biomassa de leveduras. As análises realizadas durante o processo foram: absorbância, açúcares redutores, massa seca indireta e direta e pH. Foi realizada uma fermentação com adição de oxigênio, objetivando um aumento na produção de biomassa celular, análises de DBO e DQO e análise da concentração final de etanol. A melhor condição obtida para a hidrólise foi utilizando [enzima] 0,125%, T 35,35ºC e pH 7,7. Para a produção de biomassa sem adição de oxigênio, os melhores valores alcançados para todas as leveduras foram a partir de 150 g L-1 de permeado e a temperatura de 30 ºC, cujos resultados foram respectivamente: 14,22 g L-1 de S. cerevisiae em pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0,5 g L-1 [MgSO4] e 4 g L-1 [KH2PO4]; 22,85 g L-1 de S. boulardii em pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1,2 g L-1 [MgSO4] e 9 g L-1 [KH2PO4]; 16,90 g L-1 de K. marxianus em pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2,5 g L-1, [MgSO4] e 1 g L-1 [KH2PO4]. Os resultados de biomassa celular obtidos nessas condições de processo e com a adição de oxigênio ao meio fermentativo foram 16,54 g L-1 de S. cerevisiae, 30,58 g L-1 de S. boulardii e 21,12 g L-1 de K. marxianus. A concentração de etanol ao final do processo para cada levedura foi de 28,8 g L-1 de etanol a partir de S. cerevisiae; 27,0 g L-1 de etanol a partir de S. boulardii e 52,1 g L-1 de etanol a partir de K. marxianus. E a redução nos parâmetros DBO e DQO foi de 69,31% na DQO e 97,19% na DBO utilizando S. cerevisiae; 97,67% na DQO e 99,53% na DBO utilizando S. boulardii; e 83,53% na DQO e 93,14% na DBO utilizando K. marxianus. Desta forma, o estudo demonstrou que o permeado de soro de queijo é um resíduo com grande potencial de aplicação na produção de biomassa de leveduras, as quais possibilitam ao final do processo fermentativo uma redução da carga orgânica inicial do resíduo sendo esse um dos parâmetros vinculados à redução do impacto ambiental, bem como à diminuição dos custos de processos de tratamento do efluente.

Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS) é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua, sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido, sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas do adsorvente. / Several important industrial applications involving adsorption processes, citing as an example the product purification, separation of substances, pollution control and moisture among others. The growing interest in processes of purification of biomolecules is mainly due to the development of biotechnology and the demand of pharmaceutical and chemical products with high purity. The simulated moving bed (SMB) chromatography is a continuous process that has been applied to simulate the movement of the adsorbent bed, in a countercurrent to the movement of liquid through the periodic exchange of the positions of input and output currents, being operated so continuous, notwithstanding the purity of the outlet streams. This is the extract, rich in the more strongly adsorbed component, and the raffinate, rich in the more weakly adsorbed component, the method being particularly suited to binary separations. The aim of this thesis is to study and evaluate different approaches using stochastic optimization methods for the inverse problem of the phenomena involved in the separation process in LMS. We used discrete models with different approaches to mass transfer. With the benefit of using a large number of theoretical plates in a column of moderate length, in this process the separation increases as the solute flowing through the bed, i.e. as many times as molecules interact between the mobile phase and stationary phase thus achieving the equilibrium. The modeling and simulation verified in these approaches allowed the assessment and identification of the main characteristics of a separation unit LMS. The application under consideration refers to the simulation of the separation of Ketamine and Baclofen. These compounds were chosen because they are well characterized in the literature and are available in kinetic studies and equilibrium adsorption on experimental results. With the results of experiments evaluated the behavior of the direct and inverse problem of a separation unit LMS in order to compare these results, always based on the criteria of separation efficiency between the mobile and stationary phases. The methods studied were the GA (Genetic Algorithm) and PCA (Particle Collision Algorithm) and we also made a hybridization between the GA and PCA. This thesis, we analyzed and compared the optimization methods in different aspects of the kinetic mechanism for mass transfer between the adsorption and desorption of the adsorbent solid phases.

Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS) é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua, sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido, sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas do adsorvente. / Several important industrial applications involving adsorption processes, citing as an example the product purification, separation of substances, pollution control and moisture among others. The growing interest in processes of purification of biomolecules is mainly due to the development of biotechnology and the demand of pharmaceutical and chemical products with high purity. The simulated moving bed (SMB) chromatography is a continuous process that has been applied to simulate the movement of the adsorbent bed, in a countercurrent to the movement of liquid through the periodic exchange of the positions of input and output currents, being operated so continuous, notwithstanding the purity of the outlet streams. This is the extract, rich in the more strongly adsorbed component, and the raffinate, rich in the more weakly adsorbed component, the method being particularly suited to binary separations. The aim of this thesis is to study and evaluate different approaches using stochastic optimization methods for the inverse problem of the phenomena involved in the separation process in LMS. We used discrete models with different approaches to mass transfer. With the benefit of using a large number of theoretical plates in a column of moderate length, in this process the separation increases as the solute flowing through the bed, i.e. as many times as molecules interact between the mobile phase and stationary phase thus achieving the equilibrium. The modeling and simulation verified in these approaches allowed the assessment and identification of the main characteristics of a separation unit LMS. The application under consideration refers to the simulation of the separation of Ketamine and Baclofen. These compounds were chosen because they are well characterized in the literature and are available in kinetic studies and equilibrium adsorption on experimental results. With the results of experiments evaluated the behavior of the direct and inverse problem of a separation unit LMS in order to compare these results, always based on the criteria of separation efficiency between the mobile and stationary phases. The methods studied were the GA (Genetic Algorithm) and PCA (Particle Collision Algorithm) and we also made a hybridization between the GA and PCA. This thesis, we analyzed and compared the optimization methods in different aspects of the kinetic mechanism for mass transfer between the adsorption and desorption of the adsorbent solid phases.