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Previous issue date: 2016-03-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / This study aimed to optimize the production of hydrogen and other metabolites using
crude glycerol as substrate, through design of experiments (DoE) and statistical process
optimization. The first study aimed at optimizing the operational parameters of the
fermentation process, and therefore, a mesophilic AFBR reactor was operated on 10
different phases, distributed as a combination of HRT and the glycerol concentration
(Gc) proposed by a matrix containing CCD array containing 10 experimental trials. The
HRT varied to 9.24h to 0.76h, while Gc ranged from 17.1g / L to 2.9 g / L. The results
showed that the maximum conversion of glycerol (CG), 98.4%, was obtained using
substrate concentrations lower than 5.0 g/L. The maximum yield (0.17 mol H2 / mol
consumed glycerol) and H2 content in the produced biogas (87.4%) were achieved at
concentrations greater than 10.0 g/L and HRT of 5h. Among the main soluble
metabolites produced, 1,3-propanediol (1,3-PD) and propionic acid (HPr) stood out.
The maximum yield of 1,3-PD (1.05 mol 1,3-PD / mol consumed glycerol) was
obtained with 10.0 g/L glycerol in HRT of 9,24h, whereas the maximum yield of HPr
(0.71 mol HPr / mol consumed glycerol) was achieved with 15.0 g/L of glycerol and
HRT of 2h. The second study, in turn, consisted of optimizing the culture medium
components (glycerol, KH2PO4, yeast extract and vitamin B12), through batch tests, and
subsequent application in AFBR reactor. The maximum hydrogen and ethanol yields,
0.006 and 0.291 mol / mol consumed glycerol, was obtained in optimal culture medium
consisting of 26.53 g/L glycerol, 1.75 g/L KH2PO4, 0.0076 g/L B12 and 0.5 g/L yeast
extract. The application of optimal culture medium in a continuous reactor did not result
in improvement of H2 and ethanol yields, however, caused an increase in 1,3-PD yield,
reaching a maximum of 0.38 mol 1.3-PD / mol consumed glycerol. / O presente trabalho teve como objetivo otimizar a produção de hidrogênio e outros
metabólitos, utilizando glicerol bruto como substrato, empregando técnicas de
planejamento experimental e otimização estatística de processos. O primeiro estudo
visou a otimização de parâmetros operacionais do processo fermentativo, e para tanto,
um reator RALF mesofílico foi operado em 10 fases distintas, distribuídas conforme
uma combinação do TDH e da concentração de glicerol (Cg) proposta por uma matriz
de um DCCR contendo 10 condições experimentais. O TDH variou de 9,24h a 0,76h,
enquanto a Cg variou de 17,1 g/L a 2,9 g/L. Os resultados obtidos mostraram que a
máxima conversão de glicerol (CG), 98,4%, foi obtida utilizando concentrações de
substrato menores que 5,0 g/L. O máximo rendimento (0,17 mol H2/mol glicerol
consumido) e conteúdo de H2 no biogás produzido (87,4%) foram atingidos em
concentrações superiores a 10,0 g/L e TDH de 5h. Dentre os principais metabólitos
solúveis produzidos, 1,3-propanodiol (1,3-PD) e ácido propiônico (HPr) se destacaram.
O máximo rendimento de 1,3-PD (1,05 mol 1,3-PD/mol glicerol consumido) foi obtido com
10,0 g/L de glicerol em TDH de 9,24h, enquanto que o máximo rendimento de HPr
(0,71 mol HPr/mol glicerol consumido) foi alcançado com 15,0 g/L de glicerol e TDH de
2h. O segundo estudo, por sua vez, consistiu na otimização de componentes do meio de
cultura (glicerol, KH2PO4, extrato de levedura e vitamina B12), através de ensaios em
batelada, e posterior aplicação em RALF. Os máximos rendimentos de H2 e etanol,
0,006 e 0,291 mol/mol glicerol consumido, foram obtidos em meio de cultura ótimo
constituído por 26,53 g/L de glicerol, 1,75 de KH2PO4, 0,0076 g/L de B12 e 0,5 g/L de
extrato de levedura. A aplicação do meio de cultura otimizado em reator contínuo não
resultou na melhoria dos rendimentos de H2 e etanol, no entanto, ocasionou um aumento
no rendimento de 1,3-PD, alcançando 0,38 mol 1,3-PD/mol glicerol consumido.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/7746 |
| Date | 18 March 2016 |
| Creators | Paranhos, Aline Gomes de Oliveira |
| Contributors | Silva, Edson Luiz |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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