Proposta de processos químicos para melhor recuperação de hidrocarboneto de alto valor agregado de uma indústria de biotecnologia
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14209 |
Resumo: | The biotechnology industry studied produces a long-chain branched hydrocarbon as one of its main products with high added value and precursor to various chemicals of commercial interest. This hydrocarbon is produced by aerobic respiration of a genetically modified microorganism, and part of the target product during the purification step. The fraction of the bioproduct lost in the downstream step, if recovered, could have a positive impact on the overall bioprocess performance and, therefore, on the company’s profitability. This work proposes to evaluate the characteristics of the effluent streams of the hydrocarbon (oil) recovery and purification steps, based on the quantification of their concentration in these streams and their association form with the other by-products, to propose alternatives for its recovery. The industrial production data from 2020 were used for this study, and the statistical analysis of the quantitative data of the effluent stream identified two important point of oil losses. The first one occurs in the fermentation broth cell separation step (separation step 1), which 4.21% of the hydrocarbon is lost either by emulsification with vinasse or by microbial cells internal association. The second one occurs in the oil/water separation phase (separation step 2), which approximately 12% of the hydrocarbon fed is lost either by emulsification with the aqueous phase or by emulsification with dead cells still present in the feed stream (<1%). From this study, it is proposed that cells be separated (step 1) by cross-flow filtration or centrifugation, followed by cell disruption by high pressure homogenization for oil extraction aided by an apolar organic solvent. For the separation step 2, it is proposed to separate the cells remaining from step 1 by crossflow filtration or by series membrane filtration with appropriate sized pores. then the filtrate, mostly containing an aqueous phase would be sent to a liquid-liquid extraction column for the separation of the oil phase. As an alternative, if the separation step 2 feed stream contains less emulsified oil, it could be recovered by evaporations in steps at low pressures for water evaporation (first step) and oil evaporation (second step), remaining the solids in the evaporator. It is concluded the downstream steps of the studied industry could be modified to increasing the overall yield of the process by recovering the lost fraction of the interested product. However, the modification proposed requires future studies of economic viability and process capability to achieve the final product required purity (>97%) to decision making. |
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Bento, Renato Franco de CamargoTardioli, Paulo WaldirLopes, Eduardo Brunohttp://lattes.cnpq.br/0808991927126468http://lattes.cnpq.br/4835270236812524http://lattes.cnpq.br/471967275167085765565815-cf7d-493b-9496-75cff865854d2021-05-02T21:37:32Z2021-05-02T21:37:32Z2021-04-08BENTO, Renato Franco de Camargo. Proposta de processos químicos para melhor recuperação de hidrocarboneto de alto valor agregado de uma indústria de biotecnologia. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14209.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14209The biotechnology industry studied produces a long-chain branched hydrocarbon as one of its main products with high added value and precursor to various chemicals of commercial interest. This hydrocarbon is produced by aerobic respiration of a genetically modified microorganism, and part of the target product during the purification step. The fraction of the bioproduct lost in the downstream step, if recovered, could have a positive impact on the overall bioprocess performance and, therefore, on the company’s profitability. This work proposes to evaluate the characteristics of the effluent streams of the hydrocarbon (oil) recovery and purification steps, based on the quantification of their concentration in these streams and their association form with the other by-products, to propose alternatives for its recovery. The industrial production data from 2020 were used for this study, and the statistical analysis of the quantitative data of the effluent stream identified two important point of oil losses. The first one occurs in the fermentation broth cell separation step (separation step 1), which 4.21% of the hydrocarbon is lost either by emulsification with vinasse or by microbial cells internal association. The second one occurs in the oil/water separation phase (separation step 2), which approximately 12% of the hydrocarbon fed is lost either by emulsification with the aqueous phase or by emulsification with dead cells still present in the feed stream (<1%). From this study, it is proposed that cells be separated (step 1) by cross-flow filtration or centrifugation, followed by cell disruption by high pressure homogenization for oil extraction aided by an apolar organic solvent. For the separation step 2, it is proposed to separate the cells remaining from step 1 by crossflow filtration or by series membrane filtration with appropriate sized pores. then the filtrate, mostly containing an aqueous phase would be sent to a liquid-liquid extraction column for the separation of the oil phase. As an alternative, if the separation step 2 feed stream contains less emulsified oil, it could be recovered by evaporations in steps at low pressures for water evaporation (first step) and oil evaporation (second step), remaining the solids in the evaporator. It is concluded the downstream steps of the studied industry could be modified to increasing the overall yield of the process by recovering the lost fraction of the interested product. However, the modification proposed requires future studies of economic viability and process capability to achieve the final product required purity (>97%) to decision making.A indústria biotecnológica estudada produz um hidrocarboneto ramificado de cadeias longas como um de seus principais produtos de alto valor agregado e precursor de vários produtos químicos de interesse comercial. Esse hidrocarboneto é produzido por respiração aeróbica de um microrganismo geneticamente modificado, e parte dele é perdida durante a etapa de purificação. A fração do bioproduto perdida nas etapas dowstream, se recuperada, poderia impactar positivamente no rendimento global do bioprocesso e, por conseguinte, na lucratividade da empresa. Neste contexto, esse trabalho teve por objetivo avaliar as características das correntes efluentes das etapas de recuperação e purificação do hidrocarboneto (óleo) e, a partir da quantificação da sua concentração nessas correntes e da sua forma de associação com os demais subprodutos, propor alternativas para a sua recuperação e reaproveitamento. Para esse estudo, foram utilizados os dados de produção industrial de 2020, e a análise estatística dos dados quantitativos das correntes efluentes identificou dois pontos importantes de perdas do óleo. A primeira perda ocorre na etapa de separação das células do caldo fermentado (etapa de separação 1), em que 4,21% do hidrocarboneto produzido é perdido, ou por emulsificação com a vinhaça ou por associação interna com as células microbianas. A segunda perda ocorre na separação das fases oleosa e aquosa (etapa de separação 2), em que aproximadamente 12% do hidrocarboneto alimentado é perdido, ou por emulsificação com a fase aquosa ou por emulsificação com células mortas ainda presentes na corrente de alimentação (< 1%). A partir desse levantamento, propõe-se que as células sejam separadas (etapa 1) por uma filtração de fluxo cruzado ou centrifugação, seguida do rompimento celular por homogeneização de alta pressão para a extração do óleo, auxiliada por um solvente orgânico apolar. Para a etapa de separação 2, propõe-se a separação das células, remanescentes da etapa 1, por filtração de fluxo cruzado ou filtrações em série utilizando membranas com poros de tamanhos adequados. O filtrado, majoritariamente contendo uma fase aquosa, seria então enviado a uma coluna de extração líquido-líquido para a separação da fase oleosa. Alternativamente, se a corrente de alimentação da etapa de separação 2 contiver menos óleo emulsificado, a recuperação do óleo poderia dar-se por evaporações em estágios a baixas pressões para a evaporação da água (primeiro estágio) e do óleo (segundo estágio), restando ao final no evaporador os sólidos. Conclui-se, portanto, que as etapas de downstream da indústria estudada poderiam ser modificadas para a recuperação das5 frações perdidas do produto de interesse, aumentando-se assim o rendimento global do processo. Entretanto, as propostas de modificações requerem estudos futuros de viabilidade econômica e pureza requerida (> 97%) do produto final pelo mercado consumidor para a tomada de decisões.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBiotecnologiaRecuperação de bioprodutosPurificaçãoBiotechnologyBioproducts recoveryPurificationENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAProposta de processos químicos para melhor recuperação de hidrocarboneto de alto valor agregado de uma indústria de biotecnologiaProposal of chemical processes for better recovery of high value-added hydrocarbons from a biotechnology industryinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis60060060057a91b28-06b2-4fc7-b127-2a5005569c49fd55ad98-389a-4b38-afa7-4cd0957ed4abreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTCC_Renato_Bento_vFinal.pdfTCC_Renato_Bento_vFinal.pdfTexto TCCapplication/pdf835500https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14209/1/TCC_Renato_Bento_vFinal.pdf3fb4eacdfa1f311a76741b0a727ce4d6MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14209/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTCC_Renato_Bento_vFinal.pdf.txtTCC_Renato_Bento_vFinal.pdf.txtExtracted texttext/plain72902https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14209/3/TCC_Renato_Bento_vFinal.pdf.txt7d8adb998c5fc8387f8cd4ec3b6cfd6eMD53THUMBNAILTCC_Renato_Bento_vFinal.pdf.jpgTCC_Renato_Bento_vFinal.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7572https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14209/4/TCC_Renato_Bento_vFinal.pdf.jpgf97736832ca1c8b32519c97a57f2209dMD54ufscar/142092023-09-18 18:32:09.899oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14209Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:09Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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