Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation sought to understand the mechanisms of mass transfer along the inner surface of cylindrical microfiltration membranes, which are associated with phenomena of diffusion and convection of one or more chemical species in a suspension. The chemical species present in the suspension are separated based on differences between the sizes of particles in relation to the average diameter of pore membrane. The driving force used in the separation process is the transmembrane pressure at which the membrane is submitted. Mathematical models capable of representing the concentration profile of solute along the membrane were used and solved using the lines method with finite differences in order to describe, in general, the behavior of chemicals, especially enzymes, along with cylindrical membranes (hollow fibers or capillary membranes or tubular membranes). Tangential filtration process was studied in the transient and permanent flow. The data obtained with the solutions of the model were compared with experimental data obtained from literature for the á and â amylases enzymes from corn malt (Zea mays) and found that the numerical method of finite differences used to solve the numerical model produced consistent results with experimental data and they are representative of the phenomenon. / Nesta dissertação buscou-se entender os mecanismos de transferência de massa junto à superfície interna de membranas cilíndricas de microfiltração, onde estão associados fenômenos de difusão e convecção de uma ou mais espécies químicas presentes em uma suspensão. As espécies químicas presentes na suspensão são separadas com base nas diferenças entre os tamanhos das partículas em relação ao diâmetro médio de poros da membrana. A força motriz utilizada no processo de separação é a pressão transmembranar a que a membrana é submetida. Modelos matemáticos capazes de representar o perfil de concentração do soluto ao longo da membrana foram utilizados e resolvidos utilizando o método das linhas associado com o método das linhas associado ao método das diferenças finitas com o objetivo de descrever, de uma forma geral, o comportamento de substâncias químicas, especialmente de enzimas, ao longo de membranas cilíndricas (hollow fibers ou membranas capilares ou membranas tubulares). O processo de filtração tangencial foi estudado operando em regime transiente e estacionário. Os dados obtidos com as soluções do modelo foram comparados com os dados experimentais obtidos da literatura para as enzimas á e â amilase a partir do malte de milho (Zea mays) e verificou-se que o método numérico das diferenças finitas, utilizado para resolver o modelo numérico, produziu resultados compatíveis com os dados experimentais e são representativos do fenômeno estudado. bioproduto.

Os processos de separação por membrana (PSM) vêm ganhando destaque em aplicações industriais por conta de suas vantagens, principalmente o baixo custo de implementação e o baixo consumo de energia para sua operação. A utilização de subprodutos agrícolas na obtenção de materiais é uma tendência crescente, sendo os seus maiores atrativos a grande disponibilidade desses subprodutos e por serem uma matéria-prima barata. O presente trabalho teve como principais objetivos a produção de membranas sua utilização na detoxificação do hidrolisado hemicelulósico originado do tratamento ácido do bagaço de cana-de-açúcar. Para tanto foram produzidos dois tipos de membranas a partir de três polímeros diferentes, o acetato de celulose obtido a partir do bagaço de cana, o acetato de celulose comercial e a poliamida 66. Na produção de acetato a partir do bagaço foi realizado um estudo exploratório para extrair a celulose, matéria-prima do acetato, de uma maneira que se obtivesse um material com alto grau de pureza e que as perdas de celulose durante o processo fossem minimizadas. Para a produção das membranas foi utilizada a técnica de inversão de fases. No caso das membranas de acetato de celulose, foi realizada uma variação dos parâmetros utilizados no processo de confecção das membranas (tempo de evaporação do solvente, temperatura do banho de coagulação e tratamento térmico), com o intuito de se estabelecer as melhores variáveis do processo, enquanto que para a poliamida 66, foram utilizadas condições previamente determinadas por outros estudos. Depois de prontas, as membranas foram caracterizadas fisicamente e pelas suas propriedades de fluxo de água pura, fluxo de vapor de água, rejeição de sais, rejeição de açúcares e rejeição de compostos tóxicos. Finalmente, as membranas foram aplicadas no processo de detoxificação do hidrolisado hemicelulósico para testar sua capacidade de remoção de furfural, hidroximetilfurfural (HMF), ácido acético e compostos fenólicos. No estudo de extração da celulose do bagaço, as melhores condições produziram uma celulose com pureza de 84,01%. O acetato produzido apresentou um grau de substituição de 2,52, podendo ser classificado como um triacetato de celulose. Em comparação, o acetato comercial apresentou um grau de substituição de 2,85. Fisicamente, todas as membranas apresentaram uma morfologia que intercalava a presença de poros com regiões nodulares. As membranas de bagaço de cana apresentaram uma considerável fragilidade, por isso nos testes de permeação sob pressão, elas foram suportadas por uma membrana de polissulfona comercial. Todas as membranas de acetato de bagaço e membrana de poliamida apresentaram fluxo de água pura, enquanto que apenas algumas membranas de acetato comercial conseguiram permear água pura. As membranas apresentaram diferentes resultados nos experimentos de rejeição de compostos, resultado das diferenças estruturais entre elas. No ensaio de detoxificação, a membrana que alcançou o melhor desempenho foi a membrana obtida a partir do acetato comercial. Essa membrana conseguiu remover 89,92% de HMF, 91,99% de furfural, 51,52% de ácido acético e 8,35% de compostos fenólicos. As membranas produzidas a partir do bagaço de cana alcançaram uma remoção de 71,66 de HMF, 60,87% de furfural, 91,79% de ácido acético e 10,86% de fenólicos. / Membrane separation processes (MSP) have been highlighted at industrial processes because of their advantages, mainly the low cost of implementation and the low energy consumption during their operation. The utilization of agriculture co-products for the obtainment of material is a increasing trend, wherein the main attractive are the high availability and the low cost of these co-products. The aims of this work were to produce membranes and to investigate their utilization in the detoxification of the hemicellulosic hydrolisate originated from the acid treatment of sugarcane bagasse. For that, two types of membranes were produced from three different types of polymers, cellulose acetate obtained from sugarcane bagasse, commercial cellulose acetate and polyamide 66. For the production of the sugarcane bagasse cellulose acetate it was conducted an exploratory study in order to extract cellulose, raw-material of the acetate, in a manner that the final material possessed high purity degree and the losses of cellulose during the process were minimized. The technique of phase inversion was utilized to produce the membranes. In the case of cellulose acetate membranes, the variation of the membrane production parameters (time of solvent evaporation, temperature of coagulation bath and thermical treatment) was performed for the purpose of establishing the best process parameters, whereas it was utilized previously established conditions found in the literature for the polyamide membrane production. The membranes were characterized physically and for their properties of pure water flux, vapor water flux, salt rejection, sugar rejection and toxic compound rejection. Finally, the membranes were applied in the process of hemicellulosic hydrolysate detoxification for testing their capacity of furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), acetic acid and phenolic compound removal. The best conditions of cellulose extraction from sugarcane bagasse were able to produce cellulose with 84.01% of purity. The sugarcane cellulose acetate presented a substitution degree of 2.52, being classified as cellulose triacetate. In comparison, commercial cellulose acetate presented a substitution degree of 2,85. Physically, all membranes possessed a morphology that interspersed the presence of porous and nodular regions. Due to their fragility, sugarcane bagasse membranes were supported by a polysulfone commercial membrane in the tests of permeation under pressure. All sugarcane bagasse membranes and polyamide membrane achieved pure water flux. Nevertheless, just some commercial cellulose acetate membranes could permeate pure water. In the assays of compound rejection, the membranes reached different results, on behalf of their structural differences. The membrane that obtained the best performance in the detoxification process was the membrane produced form commercial cellulose acetate. This membrane was able to remove 89.92% of HMF, 91.99% of furfural, 51.52% of acetic acid and 8.35% of phenolic compounds. The membranes produced from sugarcane bagasse reached a removal of 71.66 of HMF, 60.87% of furfural, 91.79% of acetic acid and 10,86% of phenolics.

Os processos de separação por membrana (PSM) vêm ganhando destaque em aplicações industriais por conta de suas vantagens, principalmente o baixo custo de implementação e o baixo consumo de energia para sua operação. A utilização de subprodutos agrícolas na obtenção de materiais é uma tendência crescente, sendo os seus maiores atrativos a grande disponibilidade desses subprodutos e por serem uma matéria-prima barata. O presente trabalho teve como principais objetivos a produção de membranas sua utilização na detoxificação do hidrolisado hemicelulósico originado do tratamento ácido do bagaço de cana-de-açúcar. Para tanto foram produzidos dois tipos de membranas a partir de três polímeros diferentes, o acetato de celulose obtido a partir do bagaço de cana, o acetato de celulose comercial e a poliamida 66. Na produção de acetato a partir do bagaço foi realizado um estudo exploratório para extrair a celulose, matéria-prima do acetato, de uma maneira que se obtivesse um material com alto grau de pureza e que as perdas de celulose durante o processo fossem minimizadas. Para a produção das membranas foi utilizada a técnica de inversão de fases. No caso das membranas de acetato de celulose, foi realizada uma variação dos parâmetros utilizados no processo de confecção das membranas (tempo de evaporação do solvente, temperatura do banho de coagulação e tratamento térmico), com o intuito de se estabelecer as melhores variáveis do processo, enquanto que para a poliamida 66, foram utilizadas condições previamente determinadas por outros estudos. Depois de prontas, as membranas foram caracterizadas fisicamente e pelas suas propriedades de fluxo de água pura, fluxo de vapor de água, rejeição de sais, rejeição de açúcares e rejeição de compostos tóxicos. Finalmente, as membranas foram aplicadas no processo de detoxificação do hidrolisado hemicelulósico para testar sua capacidade de remoção de furfural, hidroximetilfurfural (HMF), ácido acético e compostos fenólicos. No estudo de extração da celulose do bagaço, as melhores condições produziram uma celulose com pureza de 84,01%. O acetato produzido apresentou um grau de substituição de 2,52, podendo ser classificado como um triacetato de celulose. Em comparação, o acetato comercial apresentou um grau de substituição de 2,85. Fisicamente, todas as membranas apresentaram uma morfologia que intercalava a presença de poros com regiões nodulares. As membranas de bagaço de cana apresentaram uma considerável fragilidade, por isso nos testes de permeação sob pressão, elas foram suportadas por uma membrana de polissulfona comercial. Todas as membranas de acetato de bagaço e membrana de poliamida apresentaram fluxo de água pura, enquanto que apenas algumas membranas de acetato comercial conseguiram permear água pura. As membranas apresentaram diferentes resultados nos experimentos de rejeição de compostos, resultado das diferenças estruturais entre elas. No ensaio de detoxificação, a membrana que alcançou o melhor desempenho foi a membrana obtida a partir do acetato comercial. Essa membrana conseguiu remover 89,92% de HMF, 91,99% de furfural, 51,52% de ácido acético e 8,35% de compostos fenólicos. As membranas produzidas a partir do bagaço de cana alcançaram uma remoção de 71,66 de HMF, 60,87% de furfural, 91,79% de ácido acético e 10,86% de fenólicos. / Membrane separation processes (MSP) have been highlighted at industrial processes because of their advantages, mainly the low cost of implementation and the low energy consumption during their operation. The utilization of agriculture co-products for the obtainment of material is a increasing trend, wherein the main attractive are the high availability and the low cost of these co-products. The aims of this work were to produce membranes and to investigate their utilization in the detoxification of the hemicellulosic hydrolisate originated from the acid treatment of sugarcane bagasse. For that, two types of membranes were produced from three different types of polymers, cellulose acetate obtained from sugarcane bagasse, commercial cellulose acetate and polyamide 66. For the production of the sugarcane bagasse cellulose acetate it was conducted an exploratory study in order to extract cellulose, raw-material of the acetate, in a manner that the final material possessed high purity degree and the losses of cellulose during the process were minimized. The technique of phase inversion was utilized to produce the membranes. In the case of cellulose acetate membranes, the variation of the membrane production parameters (time of solvent evaporation, temperature of coagulation bath and thermical treatment) was performed for the purpose of establishing the best process parameters, whereas it was utilized previously established conditions found in the literature for the polyamide membrane production. The membranes were characterized physically and for their properties of pure water flux, vapor water flux, salt rejection, sugar rejection and toxic compound rejection. Finally, the membranes were applied in the process of hemicellulosic hydrolysate detoxification for testing their capacity of furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), acetic acid and phenolic compound removal. The best conditions of cellulose extraction from sugarcane bagasse were able to produce cellulose with 84.01% of purity. The sugarcane cellulose acetate presented a substitution degree of 2.52, being classified as cellulose triacetate. In comparison, commercial cellulose acetate presented a substitution degree of 2,85. Physically, all membranes possessed a morphology that interspersed the presence of porous and nodular regions. Due to their fragility, sugarcane bagasse membranes were supported by a polysulfone commercial membrane in the tests of permeation under pressure. All sugarcane bagasse membranes and polyamide membrane achieved pure water flux. Nevertheless, just some commercial cellulose acetate membranes could permeate pure water. In the assays of compound rejection, the membranes reached different results, on behalf of their structural differences. The membrane that obtained the best performance in the detoxification process was the membrane produced form commercial cellulose acetate. This membrane was able to remove 89.92% of HMF, 91.99% of furfural, 51.52% of acetic acid and 8.35% of phenolic compounds. The membranes produced from sugarcane bagasse reached a removal of 71.66 of HMF, 60.87% of furfural, 91.79% of acetic acid and 10,86% of phenolics.

A produção de petróleo no pré-sal pode ser associada a contaminantes como o CO2. As plataformas instaladas neste polo possuem o sistema de remoção de CO2 usando permeação em membrana polimérica, que separa a corrente de gás em uma pobre em CO2 e outra rica neste. Este trabalho propõe um modelo para simulação da separação de gases utilizando permeador de gases do tipo espiral em contra-corrente. Este modelo utiliza equações baseadas em fenômenos de transporte e termodinâmica, tais como: comportamento real dos gases, variação da permeância com temperatura, transferência de calor dentro do equipamento e efeito Joule-Thomson. A validação foi feita utilizando dados da literatura para separações isotérmicas e dados obtidos em permeador instalado em plataforma de petróleo. Utilizou-se metodologia de reconciliação de dados e agrupamento para tratamento dos dados industriais, o que permitiu maior eficiência na reconciliação dos parâmetros do modelo. A partir da modelagem proposta determinaram-se os parâmetros de processos mais relevantes, permitindo a simulação de condições operacionais diferentes das utilizadas na regressão e a verificação da influência da variação de cada uma das condições operacionais. / The production of oil in pre-salt field is associated with contaminants such as CO2. The rigs installed in this field have a CO2 removal system using permeation on polymer membrane, which separates the gas stream in a stream with low CO2 content and another one with high CO2 content. This paper proposes a model for simulation of gas separation using spiral type permeator of gases in countercurrent flow. This model uses equations based on transport and thermodynamic phenomena such as: real behavior of gases, permeance dependence with temperature, heat transfer inside the equipment and Joule-Thomson effect. The validation was performed using literature data for isothermal separations and data from permeator installed on the oil rig. Was used data reconciliation methodology and clusterization for treatment of industrial data, allowing more efficient reconciliation of the model parameters. From the proposed model were determined the most relevant process parameters, allowing the simulation of operating conditions different than those used in the regression and verification of the influence of the change of each of the operating conditions.

A produção de petróleo no pré-sal pode ser associada a contaminantes como o CO2. As plataformas instaladas neste polo possuem o sistema de remoção de CO2 usando permeação em membrana polimérica, que separa a corrente de gás em uma pobre em CO2 e outra rica neste. Este trabalho propõe um modelo para simulação da separação de gases utilizando permeador de gases do tipo espiral em contra-corrente. Este modelo utiliza equações baseadas em fenômenos de transporte e termodinâmica, tais como: comportamento real dos gases, variação da permeância com temperatura, transferência de calor dentro do equipamento e efeito Joule-Thomson. A validação foi feita utilizando dados da literatura para separações isotérmicas e dados obtidos em permeador instalado em plataforma de petróleo. Utilizou-se metodologia de reconciliação de dados e agrupamento para tratamento dos dados industriais, o que permitiu maior eficiência na reconciliação dos parâmetros do modelo. A partir da modelagem proposta determinaram-se os parâmetros de processos mais relevantes, permitindo a simulação de condições operacionais diferentes das utilizadas na regressão e a verificação da influência da variação de cada uma das condições operacionais. / The production of oil in pre-salt field is associated with contaminants such as CO2. The rigs installed in this field have a CO2 removal system using permeation on polymer membrane, which separates the gas stream in a stream with low CO2 content and another one with high CO2 content. This paper proposes a model for simulation of gas separation using spiral type permeator of gases in countercurrent flow. This model uses equations based on transport and thermodynamic phenomena such as: real behavior of gases, permeance dependence with temperature, heat transfer inside the equipment and Joule-Thomson effect. The validation was performed using literature data for isothermal separations and data from permeator installed on the oil rig. Was used data reconciliation methodology and clusterization for treatment of industrial data, allowing more efficient reconciliation of the model parameters. From the proposed model were determined the most relevant process parameters, allowing the simulation of operating conditions different than those used in the regression and verification of the influence of the change of each of the operating conditions.