Clarificação de caldo de cana-de-açúcar por meio de ozonização e processo oxidativo avançado eletroquímico.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-07042021-150832/ |
Resumo: | Identificada com a abertura de novas fronteiras agrícolas e empregos, a indústria canavieira tornou-se um dos mais importantes setores econômicos no Brasil, gerando, além do etanol, um produto largamente consumido no país, o açúcar. A maior parte da produção de açúcar branco é baseada na clarificação do caldo de cana-de-açúcar através da sulfitação empregando dióxido de enxofre, que pode resultar na presença de resíduos sulfurados no produto final. Nesse sentido, o presente trabalho visa contribuir com processos alternativos de clarificação do caldo de cana-de-açúcar, qual seja o processo oxidativo avançado (POA) baseado na ozonização e o processo oxidativo avançado eletroquímico (POAE) empregando ânodo DSA® e cátodo de grafite. No caso da ozonização foram avaliados os efeitos do pH, temperatura e concentração de ozônio no gás alimentado ao reator; para o processo eletroquímico, avaliaram-se os efeitos da voltagem aplicada e da temperatura. As variáveis-resposta foram: redução da cor ICUMSA, remoção de compostos fenólicos, teor de sacarose remanescente e consumo energético. No primeiro estudo de ozonização, empregando 20 mg L-1 de ozônio e vazão de gás de 0,6 L min-1, verificou-se que as maiores remoções de cor ICUMSA ao final de 120 minutos de tratamento variaram entre 73,5% e 84,1%, para pH inicial 7 e temperaturas de 60 e 40 °C, respectivamente. Nesse caso, a maior remoção de compostos fenólicos foi de 80%. No entanto, verificou-se degradação da sacarose para pH 8 e 9. No segundo estudo de ozonização, conduzido à vazão de gás de 0,9 L min-1, as maiores remoções de cor ICUMSA ao final de 60 minutos foram iguais a 75% (55 °C; 22,9 mg O3 L-1), 71,4% (33,7 °C; 14,5 mg O3 L-1) e 57,6% (55 °C; 14,5 mg O3 L-1), para as quais o consumo energético foi de 532, 442 e 642 kWh m-3 ordem-1, respectivamente. No caso dos compostos fenólicos totais, as maiores remoções obtidas foram de 71,1% (33,7 °C; 14,5 mg O3 L-1) e 61,1% (76,2 °C; 14,5 mg O3 L-1). Não houve perdas de sacarose. Finalmente, nos experimentos eletroquímicos, a maior remoção de cor ICUMSA ao final de 50 minutos foi em torno de 35%, para 33,8 °C e 18 V ou 40 °C e 28 V; o consumo energético correspondente foi de 199 e 587 kWh m-3 ordem-1,respectivamente. Também não foram observadas perdas de sacarose ao final da clarificação. Considerando os melhores desempenhos obtidos em cada caso, foi possível concluir que os processos não apresentaram diferenças significativas quanto ao consumo energético. Por outro lado, considerando remoções de cor iguais (35%), o processo eletroquímico apresentou consumo energético menor. |
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Clarificação de caldo de cana-de-açúcar por meio de ozonização e processo oxidativo avançado eletroquímico.Clarification of sugarcane juice through ozonation and an advanced electrochemical oxidative process.Advanced oxidative processesAdvanced electrochemical oxidative processesCaldo de canaCana-de-açucarCor ICUMSAICUMSA colorOxidação (Processos)OzoneOzônioSugarcane juiceIdentificada com a abertura de novas fronteiras agrícolas e empregos, a indústria canavieira tornou-se um dos mais importantes setores econômicos no Brasil, gerando, além do etanol, um produto largamente consumido no país, o açúcar. A maior parte da produção de açúcar branco é baseada na clarificação do caldo de cana-de-açúcar através da sulfitação empregando dióxido de enxofre, que pode resultar na presença de resíduos sulfurados no produto final. Nesse sentido, o presente trabalho visa contribuir com processos alternativos de clarificação do caldo de cana-de-açúcar, qual seja o processo oxidativo avançado (POA) baseado na ozonização e o processo oxidativo avançado eletroquímico (POAE) empregando ânodo DSA® e cátodo de grafite. No caso da ozonização foram avaliados os efeitos do pH, temperatura e concentração de ozônio no gás alimentado ao reator; para o processo eletroquímico, avaliaram-se os efeitos da voltagem aplicada e da temperatura. As variáveis-resposta foram: redução da cor ICUMSA, remoção de compostos fenólicos, teor de sacarose remanescente e consumo energético. No primeiro estudo de ozonização, empregando 20 mg L-1 de ozônio e vazão de gás de 0,6 L min-1, verificou-se que as maiores remoções de cor ICUMSA ao final de 120 minutos de tratamento variaram entre 73,5% e 84,1%, para pH inicial 7 e temperaturas de 60 e 40 °C, respectivamente. Nesse caso, a maior remoção de compostos fenólicos foi de 80%. No entanto, verificou-se degradação da sacarose para pH 8 e 9. No segundo estudo de ozonização, conduzido à vazão de gás de 0,9 L min-1, as maiores remoções de cor ICUMSA ao final de 60 minutos foram iguais a 75% (55 °C; 22,9 mg O3 L-1), 71,4% (33,7 °C; 14,5 mg O3 L-1) e 57,6% (55 °C; 14,5 mg O3 L-1), para as quais o consumo energético foi de 532, 442 e 642 kWh m-3 ordem-1, respectivamente. No caso dos compostos fenólicos totais, as maiores remoções obtidas foram de 71,1% (33,7 °C; 14,5 mg O3 L-1) e 61,1% (76,2 °C; 14,5 mg O3 L-1). Não houve perdas de sacarose. Finalmente, nos experimentos eletroquímicos, a maior remoção de cor ICUMSA ao final de 50 minutos foi em torno de 35%, para 33,8 °C e 18 V ou 40 °C e 28 V; o consumo energético correspondente foi de 199 e 587 kWh m-3 ordem-1,respectivamente. Também não foram observadas perdas de sacarose ao final da clarificação. Considerando os melhores desempenhos obtidos em cada caso, foi possível concluir que os processos não apresentaram diferenças significativas quanto ao consumo energético. Por outro lado, considerando remoções de cor iguais (35%), o processo eletroquímico apresentou consumo energético menor.The sugarcane industry has become one of the most important economic sectors in Brazil, generating, in addition to ethanol, a product widely consumed in the country, sugar. Most of the white sugar production is based on the clarification of sugarcane juice through sulfitation using sulfur dioxide, which can result in the presence of sulfur residues in the final product. In this context, the present work aims to contribute with alternative sugarcane juice clarification processes, namely the advanced oxidative process (AOP) based on ozonation, and the advanced electrochemical oxidative process (AEOP) using the DSA® anode and graphite cathode. For ozonation, the effects of pH, temperature and ozone concentration in the gas fed to the reactor were evaluated; for the electrochemical process, the effects of applied potential and temperature were investigated. The response variables were the reduction in the ICUMSA color, removal of phenolic compounds, remaining sucrose content and energy consumption. In the first ozonation study, carried out with 20 mg L-1 of ozone and a gas flow of 0.6 L min-1, it was found that the largest ICUMSA color removals after 120 minutes of treatment varied between 73.5% and 84.1%, for initial pH 7 and temperatures of 60 and 40 °C, respectively. In this case, the highest removal of phenolic compounds achieved was 80%. However, sucrose degradation was observed at pH 8 and 9. In the second ozonation study, using a gas flow rate of 0.9 L min-1, the largest ICUMSA color removals after 60 minutes were 75% (55 °C; 22.9 mg O3 L-1), 71.4% (33.7 °C; 14.5 mg O3 L-1) and 57.6% (55 °C; 14.5 mg O3 L-1), for which the energy consumption was 532, 442 and 642 kWh m-3 order-1, respectively. In the case of total phenolic compounds, the largest removals obtained were 71.1% (33.7 °C; 14.5 mg O3 L-1) and 61.1% (76.2 °C; 14.5 mg O3 L-1). There were no sucrose losses. Finally, the largest removal of ICUMSA color achieved in the electrochemical experiments, at the end of 50 minutes was around 35%, for 33.8 °C and 18 V or 40 °C and 28 V; the corresponding energy consumption was 199 and 587 kWh m-3 order-1, respectively. No sucrose losses were observed following clarification. Considering the best performances obtained in each case, it was possible to conclude that both processes did not present significant differences regarding energy consumption. On the other hand, considering equal color removals (35%), the electrochemical process showed lower energy consumption.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPTeixeira, Antonio Carlos Silva CostaRicci, Adriana Cristina Gonçalves2020-06-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-07042021-150832/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2021-04-13T17:58:03Zoai:teses.usp.br:tde-07042021-150832Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-04-13T17:58:03Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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