Avaliação da transferência de calor em fermentações alcoólicas convencional e extrativa

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Almeida, Letícia Pereira
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11143
Resumo: The inhibitory effect of ethanol on yeast and the temperature rise during the fermentation are the major drawbacks of the conventional ethanol production process. The use of extractive alcoholic fermentation with CO2 stripping has been investigated in order to overcome these limitations. In the present work aims conventional and extractive alcoholic fermentation with ethanol and water removal by CO2 were evaluated based on the mass and energy balances. The batch ethanol fermentations were carried out in a 10 L bubble column bioreactor at 34 ºC. First, the process kinetic parameters were estimated by modeling of conventional fermentation, considering substrate consumption, cell growth and ethanol production. The hybrid Andrews−Levenspiel model showed an excellent fit to the experimental data. From the energy balance modeling it was obtained a heat generation during fermentation 5 % lower than the heat calculated using a classical theoretical model. Subsequently, extractive batch ethanol fermentations were performed with specific CO2 flow rate (Φco2) of 0.5 and 1.0 vvm and modelled. The energetic evaluation showed that the extractive alcoholic fermentation with CO2 stripping was capable of removing the heat released in the tank, decreasing the cooling water consumption by up to 62,7%.
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In the present work aims conventional and extractive alcoholic fermentation with ethanol and water removal by CO2 were evaluated based on the mass and energy balances. The batch ethanol fermentations were carried out in a 10 L bubble column bioreactor at 34 ºC. First, the process kinetic parameters were estimated by modeling of conventional fermentation, considering substrate consumption, cell growth and ethanol production. The hybrid Andrews−Levenspiel model showed an excellent fit to the experimental data. From the energy balance modeling it was obtained a heat generation during fermentation 5 % lower than the heat calculated using a classical theoretical model. Subsequently, extractive batch ethanol fermentations were performed with specific CO2 flow rate (Φco2) of 0.5 and 1.0 vvm and modelled. The energetic evaluation showed that the extractive alcoholic fermentation with CO2 stripping was capable of removing the heat released in the tank, decreasing the cooling water consumption by up to 62,7%.O efeito inibitório do etanol sobre a levedura e o aumento da temperatura durante a fermentação são os principais inconvenientes do processo convencional de produção de etanol. Nesse sentido, tem sido investigado o emprego da fermentação extrativa com arraste gasoso por CO2 a fim de superar essas limitações. No presente trabalho foram avaliadas fermentações alcoólicas convencional e extrativa com remoção de etanol e água por CO2, com base nos balanços de massa e energia. Os experimentos foram conduzidos em batelada em biorreator coluna de bolhas com volume útil de 10 L à temperatura de 34 °C. Primeiramente, os parâmetros cinéticos do processo foram estimados por meio da modelagem da fermentação convencional, considerando o consumo de substrato, crescimento celular e a produção de etanol. O modelo cinético híbrido de Andrews-Levenspiel mostrou um excelente ajuste aos dados experimentais. A partir do balanço de energia foi possível obter um valor de calor gerado na fermentação (QG) 5% menor do que o calculado através de um modelo clássico de literatura. Na sequência, foram realizadas fermentações alcoólicas extrativas em batelada, com vazões específicas de CO2 (Φco2) de 0,5 e 1,0 vvm, bem como a modelagem do processo em termos de balanços de massa e energia. Através da avaliação energética do processo verificou-se que a fermentação alcoólica extrativa com stripping com CO2 foi capaz de auxiliar na remoção de calor da dorna, reduzindo o consumo de água de resfriamento em até 62,7%.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)CNPq: 132053/2017-9porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarFermentação alcoólica extrativaStripping por CO2Balanços de massa e energiaModelagemExtractive ethanol fermentationCO2 strippingMass and energy balancesModelingENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAAvaliação da transferência de calor em fermentações alcoólicas convencional e extrativainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisOnline60029d76c9b-aac3-4e11-bdb2-5988dc628937info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação-Leticia P Almeida-FINAL.pdfDissertação-Leticia P Almeida-FINAL.pdfapplication/pdf1823869https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11143/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o-Leticia%20P%20Almeida-FINAL.pdfb0e8b4a836635908d0c97e037767b27dMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81957https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11143/3/license.txtae0398b6f8b235e40ad82cba6c50031dMD53TEXTDissertação-Leticia P Almeida-FINAL.pdf.txtDissertação-Leticia P Almeida-FINAL.pdf.txtExtracted texttext/plain125655https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11143/4/Disserta%c3%a7%c3%a3o-Leticia%20P%20Almeida-FINAL.pdf.txta980f17b76b179aa66a4efe2a7176a86MD54THUMBNAILDissertação-Leticia P Almeida-FINAL.pdf.jpgDissertação-Leticia P Almeida-FINAL.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5801https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11143/5/Disserta%c3%a7%c3%a3o-Leticia%20P%20Almeida-FINAL.pdf.jpgf9a0c362cc5718c74dd551342e0f5100MD55ufscar/111432023-09-18 18:31:21.314oai:repositorio.ufscar.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:21Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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