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Orientador: Roger Josef Zemp Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A economia de utilidades quentes e frias é de grande interesse na indústria e, tratando-se de processos de separação com colunas de destilação, o uso de trocadores de calor laterais apresenta-se como uma alternativa. Entretanto o posicionamento de um trocador lateral em uma coluna de destilação real penalizará o consumo total de utilidades ou o número de estágios necessários (ou uma combinação de ambos), devido à necessidade de manter forças motrizes para promover a separação. Dentre os métodos de otimização existentes, os métodos termodinâmicos direcionam os engenheiros de processos como minimizar as perdas termodinâmicas nos processos químicos. A Grande Curva Composta da Coluna (GCCC), um dos métodos termodinâmicos mais utilizados na literatura, propõe o estudo de um perfil H-T com o qual é possível identificar um potencial de redução do uso de utilidades. Contudo a GCCC possui sérias limitações devido às considerações realizadas em seus cálculos. Este trabalho visa superar tais limitações da GCCC no que diz respeito à estimativa de cargas térmicas laterais. Para separações reais, a construção de perfis obtidos por meio de simulações, os Perfis Rigorosos de Déficit de Entalpia, representam quantitativamente as cargas laterais passivas de serem alocadas em função dos pratos extras, os quais são adicionados entre o trocador principal e o lateral para evitar penalidades na separação e no balanço de global de utilidades. Para superar as possíveis inconsistências no cálculo da GCCC de separações multicomponentes, este trabalho propôs um critério de seleção dos componentes-chave e uma combinação de GCCC’s, a GCCC Combinada. Esse perfil demonstrou ser uma estimativa consistente e validada pelos Perfis Rigorosos de Déficit de Entalpia. Quanto à análise qualitativa das cargas laterais, o Perfil de Economia de Exergia, obtido pela GCCC (ou GCCC Combinada) e pelos resultados das simulações rigorosas, provou ser uma ferramenta útil para guiar o engenheiro como melhor posicionar os trocadores laterais proporcionando maior economia em exergia. Com base nos perfis propostos neste trabalho foi possível desenvolver uma metodologia para otimização termodinâmica de colunas de destilação com trocadores laterais Abstract: Saving hot and cold utilities is of interest to the industry, and in the case of separation processes with distillation columns, the use of side duties is an alternative. However, allocating a side exchanger in an real distillation column will penalize the global consumption of utilities or the number of stages required (or a combination of both), due to the need to maintain the driving forces that are necessary for separation. Among the existing optimization methods, thermodynamic methods guide process engineers how to minimize thermodynamic losses in chemical processes. The Column Grand Composite Curve (CGCC), one of the most used thermodynamic methods in the literature, proposes the study of a H-T profile with which it is possible to identify potential for reducing the use of utilities. Nevertheless, the CGCC has serious limitations due to the calculus considerations. For real separations, the construction of profiles obtained through simulations, the Rigorous Enthalpy Deficit Profile, quantitatively represent the side duties to be allocated as a function of the extra stages, which are added between the main and side heat exchangers to avoid penalties for separation and global utility balance. To overcome the possible inconsistencies in the estimation of CGCC in multicomponent separations, this work proposed a selection criterion for the key-components and a combination of CGCC’s, the Combined CGCC. This profile proved to be a consistent estimate and validated by the Rigorous Enthalpy Deficit Profiles. As for the qualitative analysis of the side duties, the Exergy Saving Profile, obtained by the CGCC (or Combined CGCC) and the results of the rigorous simulations, proved to be a useful tool to guide the engineer with the best position of the lateral exchangers, providing greater savings in exergy. Based on the proposed profiles in this work, it was possible to develop a methodology for thermodynamic optimization of distillation columns with side exchangers Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química CNPQ 132999/2018-8

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os reatores químicos são utilizados industrialmente na transformação de diversas matérias-primas em produtos de maior valor agregado. Por esta razão, é importante estudar como diminuir os gastos gerados pelo uso dos reatores, promovendo melhorias nos processos reacionais. Neste sentido, este trabalho promoveu um estudo da agitação intermitente em um reator batelada em escala laboratorial automatizado por Arduino, com o objetivo de minimizar o gasto de energia elétrica, sem prejudicar a conversão da reação de saponificação entre hidróxido de sódio e acetato de etila. Também foram avaliados outros fatores que poderiam interferir no consumo de energia e na conversão da reação, mas sem alterar as configurações originais do reator, para não gerar custos adicionais. Realizou-se um planejamento experimental 23 com os fatores: nível de preenchimento, velocidade e intermitência da agitação. As variáveis de resposta consideradas foram: conversão (%) e energia elétrica gasta (Wh). Observou-se que em todos os experimentos a conversão foi superior a 90% num tempo de 3 horas de reação. Nenhum dos fatores avaliados foi estatisticamente significativo para a conversão. Já para a energia elétrica o fator que mais contribuiu para sua redução foi a intermitência da agitação, considerada estatisticamente significativa. Além do planejamento experimental foram realizados 3 experimentos, em duplicata, mantendo a agitação constante, sem a intermitência. Nestes experimentos a conversão ficou próxima dos valores encontrados no planejamento experimental, porém, o gasto de energia elétrica foi superior a todos os ensaios realizados com a agitação intermitente. Sendo assim, concluiu-se que a agitação intermitente é capaz de reduzir a energia elétrica gasta para a reação proposta, sem interferir na sua conversão, promovendo a otimização do reator batelada utilizado. Chemical reactors are used industrially in the transformation of various raw materials into products with higher added value. For this reason, it is important to study how to reduce the costs generated by the use of the reactors, promoting improvements in the reaction processes. In this sense this work promoted a study of intermittent agitation in a batch reactor on a laboratory scale automated by Arduino, with the objective of minimizing the expenditure of electrical energy, without jeopardizing the conversion of the saponification reaction between sodium hydroxide and ethyl acetate. Other factors that could interfere with energy consumption and reaction conversion were also evaluated, but without changing the original reactor settings, so as not to generate additional costs. An experimental planning 23 was carried out with the factors: level of filling, speed and intermittence of agitation. The response variables considered were: conversion (%) and spent electricity (Wh). It was observed that in all experiments the conversion was greater than 90% in a time of 3 hours of reaction. None of the factors evaluated was statistically significant for the conversion. As for electric energy, the factor that most contributed to its reduction was the intermittency of agitation, considered statistically significant. In addition to the experimental planning, 3 experiments were performed, in duplicate, keeping the agitation constant, without intermittence. In these experiments the conversion was close to the values found in the experimental design, however, the expenditure of electrical energy was higher than all the tests performed with intermittent agitation. Thus, it was concluded that intermittent agitation is able to reduce the electrical energy used for the proposed reaction, without interfering its conversion, promoting the optimization of the batch reactor used.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) O óleo essencial de cravo-da-índia (Syzygium aromaticum) tem potencial para síntese de um éster, conhecido como acetato de eugenila, que possui propriedades flavorizantes, antioxidantes e antimicrobianas, mas está presente em pequenas quantidades (1 a 10%) no óleo essencial. Neste contexto, o principal objetivo do trabalho, é a síntese de acetato de eugenila a partir do óleo essencial de cravo-daíndia, extraído via arraste de vapor d’agua de botões florais secos, com o qual, realizou-se a síntese enzimática com o uso de diferentes enzimas lipases, diferentes temperaturas de reação, teor das enzimas e razão molar anidrido acético:eugenol. As extrações do óleo essencial de cravo-da-índia foram realizadas em destilador Clevenger e forneceram um rendimento médio de 5,83%, sendo este satisfatório para a técnica de extração. Os parâmetros físico-químicos (densidade, índice de refração, solubilidade, cor, odor, aparência e água), testados com óleo essencial de cravo-da-índia (Syzygium aromaticum) obtido das extrações, apresentaram resultados satisfatórios e o óleo apresentou quantidade de eugenol, de aproximadamente 87%, tendo um bom potencial para ser utilizado na produção de acetato de eugenila. Considerando os catalisadores enzimáticos testados, as enzimas Home-Made, Lipozyme TL 100 L e CALB L, o que apresentou maior potencial na conversão, foi a enzima Lipozyme TL 100 L, com a qual, obteve-se um valor de conversão de 88,12%. Obteve-se a condição otimizada para a produção de acetato de eugenila com os parâmetros de 55°C, razão molar de substratos de 1:1, teor da enzima de 10% e o tempo de 120 minutos de reação, pois o valor de conversão foi de 91,80%, sendo que as variáveis que tiveram influência significativa na síntese do acetato de eugenila, foram a temperatura e o teor de catalisador utilizado na reação. O estudo cinético demonstrou que a conversão máxima obtida com valores superiores a 90%, foi próxima ao tempo de 5 horas de reação. O éster obtido da síntese, foi purificado e não observou-se pelos testes, resíduos de ácido acético da reação, confirmando que o processo de purificação foi eficiente e os testes de Espectroscopia no Infravermelho e Ressonância Magnética Nuclear (RMN 1H e 13C) utilizados para caracterização do éster sintetizado, confirmaram que o composto é o acetato de eugenila, pela presença de um grupo metoxilo e um grupo acetóxi na molécula. Dessa forma, os resultados demonstram a importância da reação de acetilação e catálise enzimática para conversão do eugenol em acetato de eugenila, tornando este um composto mais estável para uso. Clove essential oil (Syzygium aromaticum) has potential for the synthesis of an ester, known as eugenyl acetate, which has flavoring, antioxidant and antimicrobial properties, but is present in small quantities (1 to 10%) in the oil essential. In this context, the main objective of this work, is the synthesis of eugenyl acetate from the oil of clove, extracted by water vapor drag from dry flower buds, with which the enzymatic synthesis was performed using different lipase enzymes, different reaction temperatures, enzyme content and acetic anhydride:eugenol molar ratio. Extractions of clove essential oil were performed in Clevenger distillers and yielded an average yield of 5.83%, which is satisfactory for the extraction technique. The physicochemical parameters (density, refractive index, solubility, color, odor, appearance and water), tested with clove essential oil (Syzygium aromaticum) obtained from the extractions, presented satisfactory results and the oil presented a quantity of eugenol, approximately 87%, having a good potential for use in the production of eugenyl acetate. Considering the enzymatic catalysts tested, the Home-Made enzymes, Lipozyme TL 100 L and CALB L, which presented the greatest potential for conversion, was the enzyme Lipozyme TL 100 L with a conversion value of 88.12%. The optimized condition was obtained for the production of eugenyl acetate with parameters of 55 ° C, 1:1 substrate molar ratio, 10% enzyme content and 120 minutes reaction time, since the conversion value 91.80%, and the variables that had a significant influence on the synthesis of eugenyl acetate were the temperature and the catalyst content used in the reaction. The kinetic study showed that the maximum conversion obtained with values greater than 90% was close to the time of 5 hours of reaction. The ester obtained from the synthesis was purified and was not observed by the tests, residues of acetic acid from the reaction, confirming that the purification process was efficient and the Infrared Spectroscopy and Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR and 13C) tests used for characterization of the synthesized ester confirmed that the compound is eugenyl acetate by the presence of a methoxy group and an acetoxy group in the molecule. Thus, the results demonstrate the importance of the acetylation and enzymatic catalysis reaction for the conversion of eugenol to eugenyl acetate, making it a more stable compound for use.

Orientador: Adilson Pires Afonso Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: O processo de separação de misturas homogêneas e não ideais é um problema comum nas indústrias. A separação de misturas complexas pode ser realizada a baixa pressão, para evitar a degradação de componentes sensíveis ou ainda, com a utilização de destilação com reação química para eliminar azeótropos e/ou aumentar a volatilidade relativa dos componentes a serem separados. A destilação reativa é uma técnica utilizada há muitos anos na indústria, porém, somente, recentemente, é que a modelagem matemática do problema permitiu que se desenvolvessem algorítmos para calcular e simular o processo de destilação onde ocorre simultaneamente o equilíbrio líquido-vapor e o equilíbrio químico. Neste contexto, a destilação reativa é uma das aplicações industriais mais efetivas para separar misturas complexas, uma vez que é baseada no conceito de reatores multifuncionais, isto é, na combinação de reações químicas com a destilação fracionada em um mesmo equipamento. A Destilação reativa pode ser aplicada em uma infinidade de reações químicas, tais como: Acetilação, condensação de ALDOL, alquilação, aminação, desidratação, esterificação, eterificação, hidrólise, isomerização, oligomerização, transesterificação, entre outros. O simulador de processo ASPENPLUS® foi utilizado para simular as destilações com reação de esterificação da mistura de etanol com ácido acético, obtendo acetato de etila e água Abstract: The separation process of homogeneous and non ideal mixtures is a common problem in chemical industries. The complex mixture separations may happen at low pressure to prevent thermal degradation or using reactive distillation to eliminate existing azeotropes and/or in order to increase the relative volatility of the components to be separated. Reactive distillation has been used in industrial applications for many years ago, but only recently, with the availability of mathematical models, it is possible to develop algorithms in order to calculate and to simulate the distillation process where the vapor-liquid and the chemical equilibria occur simultaneously. So, in this way, reactive distillation is one of the most effective industrial applications in order to separate complex mixtures, since it is based on the concept of multifunction reactors or, in other words, on the combination of chemical reactors with fractionating distillation in a single equipment. Reactive distillation may be applied in a multitude of chemical reactions such as: Acetylation, aldol condensation, alkylation, amination, dehydration, esterification, etherification, hydrolysis, isomerization, oligomerization, transesterification, and many others. The ASPENPLUS® process simulator was used to simulate the distillation esterification reaction with the mixture of ethanol with acetic acid to give ethyl acetate and water Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Nesta tese desenvolve-se uma estratégia para a integração das camadas pertencentes a um sistema de controle hierárquico. Em particular, é apresentada uma abordagem de integração dinâmica da camada RTO (Real-Time Optimization), ou camada de otimização em tempo real (camada superior), com a camada Supervisório, ou camada de controle preditivo (camada inferior), através de uma camada intermediária, ou subcamada, que é conhecida como SSTO (Steady-State Target Optimization), ou Otimização de Alvos de Estado Estacionário. Esta estrutura de controle permite harmonizar as transições de setpoints obtidas pelo rastreamento econômico, e manter a estabilidade do sistema. A utilização compartilhada no controlador preditivo e na subcamada, de modelos lineares simples, de uso difundido na indústria, e que são continuamente identificados a partir das variáveis do processo, permite o usufruto das vantagens da estrutura de controle em qualquer ponto de operação do sistema, até mesmo em cenários não previstos, bem como facilita a implementação em ambiente industrial. A estratégia proposta é implementada em dois processos químicos diferentes. Os resultados são promissores e indicam melhoria do rastreamento econômico, suavização das transições e manutenção da estabilidade do sistema. A hierarchical control layer integration strategy is presented in this document. In particular, it is proposed to use the SSTO (Steady-State Target Optimization) layer, interfacing the RTO (Real-Time Optimization) layer and the MPC (Model-Predictive Control) layer. This control structure smooths economic tracking related setpoint shiftings whithout losing stability. The use of continuously identified simple linear models - of common use in industry - shared on both SSTO and MPC layers, allow the advantages obtained by the use of the structure to be available at whatever operating points, even at the ones which were not planned for, as well as paves the way to be used in industrial environment. The strategy is implemented in two different industrial process. Results obtained are promising and shows improvement in economic tracking and smoothening of setpoint shifting, altogether with stable operation of the process.

A classe de materiais constituída pelos denominados filmes finos de diamond-like carbon (DLC) e, em particular, os filmes finos de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H) possuem propriedades de interesse tanto acadêmico quanto tecnológico. A alta resistência ao desgaste e os coeficientes de atrito ultra baixos podem ser encontrados nos filmes a-C:H que contêm entre 40 e 50% de hidrogênio na sua composição. Entretanto, estes filmes possuem baixa ou nula adesão em ligas ferrosas. Assim, intercamadas à base de silício são empregadas para aumentar a adesão do filme diminuindo as incompatibilidades químicas e térmicas em substratos ferrosos (substrato-filme), mediante o aumento das ligações químicas fortes numa estrutura sanduíche. Duas condições de contorno foram analisadas na deposição da intercamada a-SiCx:H a partir do precursor hexametildisiloxano (HMDSO) utilizando o processo de deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD). Na primeira série, a intercamada foi depositada em diferentes temperaturas entre 85°C e 180°C, em seguida submetida a 6 min de etching de hidrogênio e 1 h de filme a-C:H foi depositado para avaliação da adesão. Na segunda série, a intercamada foi depositada em diferentes tensões elétricas entre -500 V e -800 V, e logo submetida a 1 min de etching de H2 e 1 min de deposição de filme a-C:H, dirigindo o estudo para propriedades físico-químicas da interface mais externa da intercamada (a-C:H/a-SiCx:H). Ambas as séries foram investigadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES). Para a primeira série de deposição de intercamada, a carga crítica foi medida para avaliar a adesão dos filmes a-C:H. Já para a segunda série, a interface mais externa das intercamadas depositadas em diferentes tensões foi analisada por espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raios X (XPS), a fim de investigar a composição e entorno químico e por espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR) para estrutura vibracional. Os resultados verificados para a primeira série são: a limpeza química seletiva induzida pelo etching de H2 reduz elementos nocivos e ligações de caráter passivo para adesão. Ao mesmo tempo, há criação de ligações mais fortes, como Si-C, C-C em baixas temperaturas, o que garante uma carga crítica elevada (3,4 N) para a amostra depositada a 85°C, da mesma ordem de grandeza das amostras com intercamada depositada em 300 °C sem etching de H2. Em relação à segunda série, para intercamadas de a-SiCx:H depositadas com tensões mais altas observa-se que o conteúdo atômico de oxigênio diminui. Com a dessorção de átomos de oxigênio em plasmas mais energéticos, a formação de carbeto de silício (Si-C) é mais provável, o que melhora a adesão de filmes a-C:H. Novos parâmetros de processo e ainda com um controle mais apurado das variáveis podem vir a criar filmes finos de a-C:H mais aderidos em ligas ferrosas, reduzindo custos industriais e aumentando o espectro de aplicação em diversas áreas. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES The diamond-like carbon (DLC) thin films family, in particular hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) have interesting properties for academic and technological purposes. High wear and ultra-low friction can be found in a-C:H films that contain 40% to 50% hydrogen in its composition. However, these films have low/null adhesion to ferrous alloys. Thus, silicon-based interlayers play an important role on film adhesion lessening thermic and chemical incompatibilities to ferrous alloy (substrate-film) by increasing stronger chemical bonds in the interfaces of a sandwich-like structure. Two boundary conditions have been analyzed in deposition of a-SiCx:H interlayer from hexamethyldisiloxane (HMDSO) employing plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process. Considering the first series, the interlayer was deposited in different temperatures from 85°C to 180°C, after submitted to 6 min hydrogen etching and 1h a-C:H film deposition to adhesion evaluation of films. For the second series the interlayer was deposited in different plasma voltages (-500V to -800V), submitted to 1 min H2 etching and 1 min a-C:H driving the study to physical-chemical properties of the outermost interface (a-C:H/a-SiCx:H). Both series have been investigated by scanning electron microscopy (SEM), glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). For the first temperature interlayer deposition series the critical load was measured for evaluate a-C:H films adhesion. The outermost interface of different voltage interlayers depositions (second series) were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in order to investigate chemical environment and composition and by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) for vibrational structures. The results for the first series are: the effect of hydrogen etching in selective chemical cleaning inducts the reduction of harmful elements and passivating bonds. Meanwhile it creates stronger ones like Si-C, C-C bonds in lower temperatures. This guarantees a critical load (3,4 N) for 85°C as interlayers deposited in 300°C without etching. For the second series in higher deposition voltage of a-SiCx:H interlayers, oxygen content diminishes. Since oxygen atoms desorb in more energetic plasma the formation of silicon carbide (Si-C) is more likely to improve a-C:H thin films adhesion. New process parameters and more accurate control of the variables can create a-C:H thin films more adhered to ferrous alloys, reducing industrial costs and increasing the application spectrum in several areas.

Orientador: Roger Josef Zemp Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Torres de resfriamento são equipamentos utilizados para dissipar o calor gerado nos mais diversos processos produtivos. O consumo de energia em sistemas de água de resfriamento é dado pelo consumo de energia no ventilador da torre e na bomba de água de circulação. No decorrer do dia e do ano, ocorrem variações das condições do ar ambiente e variações da carga térmica a ser rejeitada pelo processo. Comumente as vazões de água e de ar mantém-se constantes nestes sistemas e a temperatura de saída da água da torre varia conforme a temperatura de retorno da água à torre é alterada. Este estudo apresenta um modelo para avaliação das condições de operação que minimizam o consumo de energia no sistema de torres de resfriamento do tipo contracorrente. A partir da modelagem de uma torre contracorrente, do ventilador e da bomba, avaliou-se como o consumo de energia pode ser minimizado neste sistema frente a alterações que ocorrem no processo e nas condições ambiente. Uma das conclusões deste estudo é que a bomba representa o maior consumo de energia em um sistema de torres. Observou-se que quanto maior o número de torres operando, menor o consumo de energia do sistema, exceto para o caso em que se tem até duas torres operando em paralelo, pois neste caso é mais econômico operar com uma torre, considerando as situações estudadas. Em sistemas que utilizam torres de resfriamento do tipo corrente cruzada, como refinarias por exemplo, dada a forma como ocorre o resfriamento da água no recheio deste tipo de torres, existe um gradiente de temperatura da água na saída do recheio, antes de ser misturada na bacia coletora em que a água passa a ter uma temperatura média. Assim, para este tipo de torre, propõe-se uma forma de dividir a água que sai da torre em duas correntes de diferentes temperaturas, uma menor e outra maior. É comum existirem no processo alguns trocadores de calor que se tornaram subdimensionados devido a alterações ocorridas no processo. Disponibilizando-se água a uma temperatura menor, a carga térmica destes trocadores pode aumentar e minimizar a perda de produtos na forma de vapor através de sistemas de respiros dos equipamentos. Nos casos estudados, a carga térmica foi maximizada em até 4,3%, o que resultou em uma redução expressiva de perda de produto não condensado em trocadores de calor Abstract: Cooling towers are equipment widely used in industrial plants, providing cooling water for heat rejection in process heat exchangers. The energy requirement of the cooling water systems is due to the cooling tower fan and the cooling water pumps. Due to varying climatic conditions along the day and the year season and changes of the total heat load to be removed from the process, there is a possibility to adjust tower operating conditions so that energy requirements are minimized, while still satisfying process requirements. This study presents an optimization model that identifies the best operating condition of a cooling water system composed by counter flow cooling towers. These best operating conditions includes water and air flowrates and the number of cooling towers operating in parallel, calculating the air flowrate necessary to satisfy the mass and energy balance in the cooling tower. One of the conclusions is that the pump represents the majority of the system energy consumption. The other conclusion is that the higher the number of towers operating in parallel, the smaller is the energy consumption, except for the case which there is until two towers available. In crossflow cooling towers systems, common in refineries, the intensity the water is cooled changes according to the position the water flows through the fill. Thus there is a water temperature difference at the end of the fill and before be mixed in the tower reservoir. This irregular cooling capacity through the cooling tower fill allows the opportunity of obtaining a colder water stream. It is common in the plant some heat exchangers became undersized after an increase in the production or changes in the process. Thus, if there is a colder cooling water, is possible increase the heat load of this undersized heat exchangers, minimizing the loss of products as vapor through relief systems. In the cases studied, the heating load was maximized until 4.3%, resulting in a meaning reduction of product as vapor in the relief systems Doutorado Engenharia Química Doutora em Engenharia Química

Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Harrson Silva Santana Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A microplanta química realiza o aumento da produção pela paralelização de micro/milirreatores. O escalonamento está diretamente relacionado com a distribuição uniforme de fluxo através dos micro/milirreatores, feita pelo distribuidor de vazão. Sendo que uma má distribuição, causada por designs inadequados de distribuidores, reduz a performance da microplanta. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi aplicar impressoras 3D e simulações numéricas no desenvolvimento de distribuidores de vazão e projetar e fabricar uma estrutura de suporte e milirreatores para o escalonamento da síntese de biodiesel. Além de obter dados sobre escoamento, uniformidade de fluxo e rendimento reacional através de ensaios experimentais e computacionais. A metodologia consistiu do design dos distribuidores, da estrutura de suporte e dos milirreatores; da fabricação das peças em impressora 3D; e dos testes experimentais e computacionais de vazão e reação. Nas simulações numéricas, foram utilizadas duas abordagens: escoamento multicomponente (MF) e volume de fluido (VOF). Inicialmente, foram testados nove distribuidores de fluxo, divididos em distribuidor retangular (RD), distribuidor cônico com obstáculo (DCO) e distribuidor cônico sem obstáculo (DCS). Os valores do coeficiente de fluxo de não uniformidade (?) foram obtidos para cada distribuidor em testes com água. O design do distribuidor influenciou na uniformidade de fluxo e os distribuidores DCO com 13 mm de altura (DCO13), o DCO com 52 mm de altura (DCO52) e DCS com 26 mm de altura (DCS26) apresentaram melhor desempenho atingindo ? abaixo de 1%. Nas simulações com água, o VOF foi o mais adequado para representar o escoamento. Os distribuidores DCO13, DCO52 e DCS26 foram testados experimental e computacionalmente para os ensaios com etanol, óleo de girassol e a mistura. De forma geral, as abordagens computacionais não se mostraram adequadas na representação dos dados experimentais. O DCS26 e DCO52 apresentaram melhor desempenho (? < 1%) para o escoamento de etanol e óleo de girassol, respectivamente. Para a mistura foram obtidos altos valores de ? e também foi observada a ocorrência de reação no distribuidor. Portanto, o escalonamento foi realizando utilizando a configuração com dois distribuidores (DCS26 e DCO52). No escalonamento, as tubulações utilizadas para o óleo e para o etanol seguiram a razão L/D (comprimento pelo diâmetro) de 39 e de 113, respectivamente, que ofereceram menor perda de carga. O desvio na uniformidade de fluxo obtido para a microplanta foi de 4,2% e o rendimento reacional global foi de 42%. Biodiesel foi produzido a uma taxa de 126,4 mL min-1. Conclui-se que a microplanta desenvolvida utiliza estratégias eficientes para o escalonamento da produção de biodiesel Abstract: Micro-chemical plants are chemical plants that use micrometrics structures using the numbering-up of microdevices. The flow uniformity distribution through these microdevices are made by the flow distributor. Inadequate designs reduce the micro-chemical plant performance. The present research aims to perform the 3D printing and numerical simulations of flow distributor designs and manufacture a support structure and millireactors for numbering-up of biodiesel synthesis. Also, evaluate the flow uniformity and the reaction yield obtained from experimental and numerical tests. The methodology consists of distributor, support structure and millireactor designs; 3D printing; and experimental tests and numerical simulations of flow and biodiesel synthesis. In the numerical simulations, two approaches were used: single-phase flow and volume of fluid (VOF). Initially, nine flow distributors divided into rectangular distributor (RD), conical distributor with obstacle (CDO) and conical distributor without obstacle (CD) were tested with water flow. The non-uniformity flow coefficient values (?) were obtained for each distributor. The distributor design influenced flow uniformity and DCO with 13 mm height (DCO13), DCO with 52 mm height (DCO52) and DCS with 26 mm height (DCS26) had a better performance, reaching ? below 1%. The VOF was the most adequate to represent the distributors flow. The DCO13, DCO52 and DCS26 distributors were numerically and experimentally tested for ethanol, sunflower oil and mixture. In general, the numerical approaches were not adequate in representation of experimental data. DCS26 and DCO52 presented best performance (?

Orientadores: Roger Josef Zemp, Valdir Apolinário de Freitas Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: O trabalho desenvolvido se localiza nas áreas de síntese e otimização de processos químicos industriais, com foco em projetos e sistemas que visam à melhoria da eficiência energética dos processos. Foram selecionados alguns tópicos que exemplificam opções tecnológicas recorrentes em projetos de eficiência energética. Foi apresentada uma revisão bibliográfica para cada um dos tópicos avaliados, a fim de localizá-los nas áreas de conhecimento relevantes e indicar as lacunas existentes na literatura. Foram desenvolvidas algumas ferramentas para rápida avaliação de viabilidade dessas opções para melhoria na eficiência energética de processos químicos, a partir de modelos simplificados e funções de custo. As ferramentas desenvolvidas têm o objetivo de auxiliar um engenheiro de processos a percorrer através da árvore de alternativas e descartar rapidamente as inviáveis, evitando assim, despender esforços adicionais em etapas de projeto mais detalhadas. A partir das ferramentas, foram elaboradas análises de sensibilidade, identificando faixas de viabilidade técnico-econômica, tomando-se casos base típicos da indústria Abstract: The work developed is located in the areas of synthesis and optimization of industrial chemical processes, focusing on projects and systems aimed to improving the energy efficiency of processes. Some topics were selected that exemplify technology options often recurrent in energy efficiency projects. A literature review was presented for each of the topics evaluated, in order to locate them in the relevant areas of knowledge and explicit the gaps in the literature. Some tools were developed to quickly assess the feasibility of these options for improving efficiency of chemical processes, from simplified models and cost functions. The developed tools are intended to assist a process engineer to walk through the tree of alternatives and quickly discard the unfeasible ones, thus avoiding spending additional efforts in more detailed design stages. From the tools, sensitivity analyzes were developed, identifying technical-economic feasibility, taking typical base-cases from industry Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química CNPQ 131871/2015-3

Orientadores: Adriano Pinto Mariano, Marcelo Hamaguchi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Seguindo uma tendência mundial de reestruturação do setor de celulose, no Brasil empresas produtoras de celulose de eucalipto estão interessadas na expansão dos seus negócios com a produção integrada de novos produtos de origem renovável em substituição àqueles derivados do petróleo. Entre estes produtos destacam-se os biocombustíveis e químicos como o butanol. Apesar das fábricas modernas de celulose terem excedente de energia, o alto consumo de vapor e excessiva geração de vinhaça de bioprocessos como a fermentação podem reduzir consideravelmente a atratividade do projeto, seja pelo investimento necessário para a adequação energética ou pela limitação do novo processo a uma escala não competitiva. Além disso, atenção também deve ser dada à flexibilidade do processo e sua importância crucial para a criação de um negócio robusto frente a oscilações intrínsecas de mercado. Dessa maneira, integração de processos, eficiência energética e flexibilidade de processo são os problemas alvos desse projeto. Nesse contexto, o objetivo do projeto foi o desenvolvimento de um bioprocesso para a produção flexível de butanol/etanol integrado a uma usina Kraft de celulose. O principal desafio científico consistiu no desenvolvimento de uma tecnologia de fermentação intensificada e flexível. E não menos importante foi a avaliação de estratégias de integração entre o bioprocesso e a usina de celulose bem como o método de obtenção dos açúcares, de modo que ambos os negócios fossem beneficiados economicamente e ambientalmente. Assim, a partir de uma abordagem multidisciplinar, foram utilizadas ferramentas da engenharia de sistemas de processos (simulações computacionais em associação com análise técnico-econômica) para (i) o projeto do bioprocesso flexível e (ii) o desenvolvimento da tecnologia de fermentação avançada com recuperação integrada dos produtos e compatível com as fermentações do etanol e do butanol, denominada aqui "fermentação flash flexível". A depender da tecnologia de pré-tratamento adotada, a análise técnico-econômica demonstrou que o valor presente líquido de uma planta flexível aumenta em 20-28% em comparação a uma planta dedicada a produção de etanol. Apesar do cenário mais atrativo ser o de explosão a vapor (VPL = 184 MMUSD; TIR = 29%), a tecnologia organosolv provê maior flexibilidade para a planta Abstract: Following the current global evolution of the pulp industry, Brazilian eucalyptus pulp producers are interested in expanding their product portfolio and penetrate emerging markets of the bio-economy. Among an array of products, there is a special interest in biofuels and chemicals such butanol. Although modern pulp mills are energy exporters, high steam consumption and excessive stillage (vinasse) production can considerably decrease the attractiveness of projects with bioprocesses such as fermentation. The major issues are the investment needed to meet the new energy demands and limitation of the new process to a non-competitive production scale. Besides, attention must also be given to process flexibility and its key importance to business robustness in face of intrinsic market oscillations. In this manner, process integration, energy efficiency, and process flexibility are the issues to be tackled in this project. In this context, the aim of this project was the development of a bioprocess for the flexible production of butanol/ethanol integrated to a Kraft pulp mill. The main scientific challenge consisted in developing a fermentation technology which is at the same time intensified and flexible. Not least important was the assessment of integration strategies between the bioprocess and a Kraft pulp mill so that both businesses benefit economically and environmentally. Thus, based on a multidisciplinary approach, process systems engineering tools (computer simulation and techno-economic analysis) served the development of (i) a flexible bioprocess and (ii) the advanced fermentation technology - dubbed here as "flexible flash fermentation"- with integrated product recovery suitable for both ethanol and butanol fermentation. Depending on the pre-treatment technology adopted, the technical-economic analysis showed that the net present value of a flexible plant increases by 20-28% compared to an ethanol dedicated plant. Although the most attractive scenario is the steam explosion (VPL = 184 MMUSD; IRR = 29%), organosolv technology provides greater flexibility for the plant Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química CNPQ 152609/2015-6

Este trabalho analisa o efeito da adição de boro ao aço inoxidável austenítico 316L como um aditivo da sinterização no processo de metalurgia do pó. O efeito do B foi investigado em termos da densificação, microestrutura, dureza, resistência à oxidação e ao desgaste. Os pós de 316L foram misturados com 0,6% e 0,8% em massa de boro, compactados unixialmente a 800 MPa e sinterizados em atmosfera de argônio, a uma taxa de 10°C.min-1 na temperatura de 1240°C durante 30 min. A microestrutura e as fases cristalinas das amostras sinterizadas foram avaliadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) e difração de raios X (DRX) utilizando o método de refinamento Rietveld. A técnica de calorimetria diferencial exploratória (DSC) foi realizada para estudar o comportamento das amostras de 316L com e sem adição de boro, nos estados sólido e líquido. A macrodureza das amostras sinterizadas foi medida na escala Vickers e a microdureza das fases formadas foi medida por meio de ensaios de indentação instrumentada. A composição química dos óxidos formados nas amostras de 316L com e sem adição de boro após os ensaios de oxidação cíclica nas temperaturas de 800°C, 900°C e 1000°C foram determinados por EDS e DRX. O coeficiente de atrito e o coeficiente de desgaste específico das amostras sinterizadas foram determinados por meio do ensaio de deslizamento alternado e os mecanismos de desgastes foram investigados por meio das técnicas de MEV-FEG e EDS. A adição de boro no 316L resulta em uma reação eutética entre o boro e a matriz austenítica do 316L. Os resultados de EDS e DRX revelaram a formação de dois boretos do tipo M2B ricos em Fe, Cr e Mo, (Fe,Cr)2B e (Cr,Mo)2B, provenientes da reação eutética, os quais se concentraram principalmente no contorno dos grãos austeníticos. A formação dos boretos do tipo M2B favoreceu a densificação, através da fase líquida formada durante a sinterização e promoveu o aumento da dureza, da resistência à oxidação e ao desgaste do aço inoxidável austenítico 316L. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES This work analyses boron additions to AISI 316L austenitic stainless steels, as a sintering additive in the powder metallurgy process. The effect of boron addition was investigated in terms of densification, microstructure, hardness, oxidation resistance and wear behavior. Samples were prepared with 0.6 wt.% and 0.8 wt.% of boron, pressed to 800 MPa and sintered under argon atmosphere. Sintering cycle involved heating up to the sintering temperature of 1240°C, at a rate of 10°C.min-1, holding at this peak temperature for 30 min. Microstructure of the sintered bodies was examined by field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction (XRD), using Rietveld refinement. Differential scanning calorimetry (DSC) was used to study the behavior of both the free and boron-containing 316L samples at solid and liquid states. The Vickers hardness of sintered samples was assessed. Microhardness was evaluated using instrumented indentation. The oxide chemical composition of 316L without and containing boron samples, after cyclic oxidation at 800°C, 900°C and 100°C, was determined by EDS and XRD. The friction coefficients and specific wear coefficient of sintered samples were determined by reciprocating sliding and the wear mechanisms by FESEM and EDS. Boron addition to AISI 316L steel resulted in an eutectic reaction between the austenitic matrix and boron. EDS and XRD results revealed the formation of (Fe,Cr)2B and (Cr,Mo)2B borides, from eutectic reaction, which were concentrated mainly in intergranular sites. The formation of M2B borides favored material densification through the development of a liquid phase during sintering, and promoted an increase in hardness, oxidation and wear resistance of AISI 316L steel.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-12-01T20:29:53Z No. of bitstreams: 1 Disserta????o -Anac??lia Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) Approved for entry into archive by Divis??o de Documenta????o/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-12-02T15:45:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Disserta????o -Anac??lia Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) Approved for entry into archive by Divis??o de Documenta????o/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-12-02T15:48:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Disserta????o -Anac??lia Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) Made available in DSpace on 2015-12-02T15:48:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta????o -Anac??lia Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 FAPEAM - Funda????o de Amparo ?? Pesquisa do Estado do Amazonas The use of computer tools in business, science and engineering made it become essential nowadays and enabled the creation of new technologies in the field of administration, medicine, telecommunication and others. Each day new systems are implanted in order to improve more and more the users??? dealing with it. Nevertheless, most of them have a generalized operation system that not always meets the user???s specific needs. This way to have a computerized system and that can meet each user???s peculiarities, it is necessary to manufacture it based on software engineering guideline. Besides the application of software engineering technique, it was necessary to acquire specific knowledge about image processing and analytic chemistry. The conducted research outcome, contemplates a digital image system (SISAID) which entailed acquisition technique and image processing of chemical matrices, the acquisition of image was gotten by the use of webcam in the titula????o process (chemical process) that interacts with the system and the system makes the image processing, based on color model RGB (Red, Green, Blue) the system also carries out the calculation of medium values of RGB and the NORMA of the vector RGB, those which make the image analysis possible through the titula????o bend created by the system. Plus one can verify the obtained results through SISAD with results gotten, digital image analysis system used in the chemical laboratory of Instituto de Ci??ncias Exatas e Tecnologia and it was noticed that the SISAID can bring about more efficiency regarding time. As the user got through the operation of the system in a shorter time, and was able to get satisfactory results concerning the titula????o bend. O uso de ferramentas computacionais nos neg??cios, ci??ncia e engenharia passou a ser indispens??vel nos dias atuais e possibilitou a cria????o de novas tecnologias para as ??reas de administra????o, medicina, telecomunica????es, e em quase todas as ??reas da ci??ncia. A cada dia novos sistemas s??o implantados para facilitar ainda mais a vida dos usu??rios. No entanto, a maioria deles tem uma funcionalidade generalizada, de modo que nem sempre atendem ??s necessidades espec??ficas dos usu??rios. Sendo assim, para que se tenha um sistema computadorizado e que atenda ??s particularidades dos usu??rios ?? necess??rio conceb??-lo com base nas diretrizes da Engenharia de software. Al??m da aplica????o de t??cnicas de engenharia de software, foi necess??rio tamb??m adquirir conhecimentos espec??ficos sobre processamento de imagens e qu??mica anal??tica. O resultado da pesquisa desenvolvida contempla um sistema de an??lise de imagem digital (SISAID) que envolveu t??cnicas de engenharia de software na aquisi????o e processamento de imagem de matrizes qu??micas. A aquisi????o da imagem foi realizada utilizando uma webcam no processo de titula????o (processo qu??mico) que interage com o sistema, e este realiza o processamento das imagens com base no modelo de cores RGB (Red, Green, Blue). O sistema tamb??m efetua o c??lculo dos valores m??dios de RGB e a NORMA do vetor RGB, os quais possibilitam a an??lise da imagem por meio da curva de titula????o gerada pelo sistema. Al??m disso, verificaram-se os resultados obtidos pelo SISAID com resultados obtidos pelo sistema de an??lise de imagem digital utilizado no laborat??rio de qu??mica do Instituto de Ci??ncias Exatas e Tecnologia de Itacoatiara e constatou-se que o SISAID oferece mais efic??cia em rela????o ao tempo, visto que o usu??rio realizou as funcionalidades do sistema em um tempo muito inferior e alcan??ou resultados satisfat??rios em rela????o ?? curva de titula????o.

Atualmente os combustíveis fósseis derivados do petróleo, tais como, gasolina, diesel e carvão são as principais fontes de energia. No entanto, essas fontes tendem ao esgotamento nos próximos 40 a 50 anos, além de sua utilização provocar problemas que vão desde a emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa ao aumento nos preços desses combustíveis. Uma alternativa que vem sendo bastante utilizada é o etanol de primeira geração obtido principalmente do milho e da cana-de-açúcar. Apesar do etanol ser considerado uma energia limpa, por não emitir gases poluentes e auxiliar no sequestro de carbono, apresenta um problema relacionado à diminuição da oferta de alimentos e o consequente aumento de preços dos produtos que o utilizam como matéria-prima. Devido a esses fatores, vem crescendo os estudos por fontes de energias renováveis, como a obtenção do etanol de segunda geração, no qual, utiliza resíduos lignocelulósicos como matéria-prima. Nesse contexto, este trabalho objetivou avaliar a produção de etanol de segunda geração, tendo com matérias-primas os seguintes resíduos lignocelulósicos: bagaço de cana-de-açúcar, capim-elefante, serragens de Pinus sp. e Eucalyptus sp, pré-tratados com os líquidos iônicos 1-etil-3-metilimidazólio acetato e 1-butil-3-metilimidazólio acetato, separadamente. Após o pré-tratamento efetuou-se a hidrólise das biomassas lignocelulósicas com as enzimas produzidas pelo fungo Penicillium echinulatum, prosseguindo para a fermentação dos açúcares liberados na hidrólise, empregando as leveduras Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe Y 698, e a bactéria Geobacillus thermoglucosidasius. As maiores concentrações de açúcares redutores obtidas após as hidrólises enzimáticas foram 681,89 mg.g-1 para bagaço de cana-de-açúcar, 474,30 mg.g-1 para capim-elefante, 237,84 mg.g-1 para serragem de Eucalyptus sp. e 233,62 mg.g-1 para serragem de Pinus sp., sendo todos os pré-tratamentos com o líquido iônico 1-etil- 3-metilimidazólio acetato. O microrganismo que apresentou maior eficiência no consumo de açúcares redutores foi S. cerevisiae. Porém, o maior rendimento em etanol, cerca de 96 mg.g- 1, foi obtido para o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com 1-butil-3-metilimidazólio acetato na fermentação com S. pombe. G. thermoglucosidasius apresentou potencial para consumo de xilose e glicose simultaneamente, porém a produção de etanol foi reduzida (21 mg.g-1 para bagaço de cana-de-açúcar). Este dados contribuem para ampliar os conhecimentos sobre os efeitos do pré-tratamento com líquidos iônicos na produção de etanol de segunda geração. Fossil fuels, such as gasoline, diesel and coal, are the main sources of energy nowadays. In addition to generate problems, from the emission of greenhouse gases to the increase in fuel prices, these energy sources are likely to be depleted in the next 40 to 50 years. A widely used alternative to fossil fuels is first-generation ethanol, produced mainly from corn and sugarcane. Although ethanol is considered a clean source of energy because it does not emit polluting gases and helps in carbon sequestration, it is linked to a decrease in food supply and the consequent rise in food prices. Therefore, new studies on renewable energy sources, such as second-generation ethanol from feedstock and other lignocellulosic residues, are commonly found in the literature. In this context, this study aimed to evaluate the production of secondgeneration ethanol from the following lignocellulosic residues: sugarcane bagasse, elephant grass, Pinus sp. sawdust and Eucalyptus sp. sawdust, pretreated separately with the ionic liquids 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate and 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. Hydrolysis of lignocellulosic biomass with enzymes from Penicillium echinulatum was carried out after the pretreatment. Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe Y 698 and the bacterium Geobacillus thermoglucosidasius were used for the fermentation of sugars released during hydrolysis. The highest concentrations of reducing sugars obtained after enzymatic hydrolysis were 681.89 mg. g -1 for sugarcane bagasse, 474.30 mg.g -1 for elephant grass, 237.84 mg.g -1 for Eucalyptus sp. sawdust and 233.62 mg. g -1 for Pinus sp. sawdust, all pretreated with 1-ethyl-3- methylimidazolium acetate. S. cerevisiae was the microorganism with the highest efficiency in the consumption of reducing sugars. However, the highest ethanol yield (96 mg.g -1) was obtained for sugarcane bagasse pretreated with 1- butyl-3-methylimidazolium acetate and fermented by S. pombe. G. thermoglucosidasius showed potential for the simultaneous consumption of xylose and glucose, but ethanol production was low (21 mg.g -1 for sugarcane bagasse). These data contribute to expand the knowledge about the effects of ionic liquid pretreatments for the production of secondgeneration ethanol.

Hydrogen is considered an important energy carrier for the XXI century. One of the processes involved in the production are the catalytic membrane reactors (CMR, Catalytic Membrane Reactor). This device is responsible for the production of synthesis gas (CO + H2) by the partial oxidation of fuels, such as methane. The families of LnMO3 perovskites (Ln = rare earth, M = transition metal) and its derived compositions represent an important class of materials with different electroceramic and of great interest from a technological standpoint properties, and may also be used for the manufacture of reactors membrane. In this context, this work aims at the synthesis and characterization of perovskite-type La0,6Sr0,4MO3 (M = Co, Mn, Fe) prepared by the amorphous citrate modified technique derived from the Pechini process. For the definition of synthetic samples of cobaltite doped lanthanum strontium (La0,6Sr0,4 CoO3) and manganite doped with strontium (La0,6Sr0,4MnO3) lanthanum procedure univariate and multivariate type 2x2 plans were made. While for the sample of lanthanum ferrite (LaFeO3) A slightly different approach was used. The main parameters (variables) considered in planning were: molar mass of hydroxyethyl cellulose (HEC), citric acid ratio: metal cation (AC:CM); drying temperature of the gel, and finally, temperature and time of calcination of the precursor. From the type of planning done in each case it was possible to define the most suitable conditions for obtaining a single-phase material, as well as a smaller crystallite size. The characterization techniques used were X-ray diffraction, thermal analysis, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). A notable aspect of this work is the sensitivity of the crystallographic phase obtained depending on the synthesis conditions. For this reason, knowledge of the chemical species present during the synthesis step is paramount to be obtained a material with appropriate characteristics. O hidrogênio é considerado um vetor energético importante para este século XXI. Um dos processos que permitem a sua produção são os reatores de membrana catalítica (CMR, Catalytic Membrane Reactor). Este dispositivo é responsável pela produção de gás de síntese (CO + H2) através da oxidação parcial de combustíveis, por exemplo, o metano. As perovskitas da familía LnMO3 (Ln = terra rara; M = metal de transição) e suas composições derivadas representam uma classe importante de materiais eletrocerâmicos com propriedades diversas e de grande interesse do ponto de vista tecnológico, podendo inclusive serem utilizadas para a fabricação dos reatores de membrana. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a síntese e a caracterização de perovskitas do tipo La0,6Sr0,4MO3 (M = Co, Mn, Fe) preparadas através do processo do citrato amorfo modificado, técnica derivada do método Pechini. Para a definição do procedimento de síntese das amostras de cobaltita de lantânio dopada com estrôncio (La0,6Sr0,4CoO3 ) e de manganita de lantânio dopada com estrôncio (La0,6Sr0,4MnO3) foram realizados planejamentos univariados e multivariados do tipo 2x2. Enquanto que para a amostra de ferrita de lantânio (LaFeO3) uma abordagem um pouco distinta foi utilizada. Os principais parâmetros (variáveis) considerados no planejamento foram: massa molar da hidroxietilcelulose (HEC); proporção ácido cítrico : cátion metálico (AC:CM); temperatura de secagem do gel, e finalmente, temperatura e tempo de calcinação do precursor. A partir do tipo de planejamento realizado em cada caso foi possível definir as condições mais adequadas para a obtenção de um material monofásico, assim como um menor tamanho de cristalito. As técnicas de caracterização utilizadas foram: difração de Raios X, análise térmica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Um aspecto notório deste trabalho é a sensibilidade da fase cristalográfica obtida em função das condições de síntese. Por este motivo, o conhecimento das espécies químicas presentes durante a etapa de síntese é primordial para que seja obtido um material com características adequadas.

Orientador: José Roberto Nunhez Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Frequentemente os processos de agitação e misturas tão fundamentais são negligenciados na indústria como um todo petroquímico, farmacêutica, química, de alimentos, etc. No entanto, existem sistemas em que o desempenho desses processos depende fortemente do grau de homogeneidade conseguido durante a mistura. Quando o processo de mistura não está devidamente projetado e controlado, obtêm-se misturas com flutuações significativas nas suas características físicas e/o químicas, que no geral são indesejáveis e que suscitam perdas de lotes inteiros de produtos, aumentando o custo e o impacto ambiental do processo de produção. O custo final da energia utilizada no processo de agitação e mistura depende de vários fatores, sendo um deles o impelidor empregado. Para analisar um processo são considerados fatores de interesse como: melhor agitação, menor tempo de mistura e menor potência consumida. Este trabalho de pesquisa teve como objetivo a determinação experimental do número de potência em função do número de Reynolds nos regimes turbulento e laminar para impelidores de proximidade tipo âncora (reta e tubular) com e sem raspadores e para um impelidor do tipo helicoidal, usando como fluido pseudoplástico de alta viscosidade a carboximetilcelulose (CMC) diluída em água. Desta forma, foi possível selecionar a configuração que apresentava o menor consumo de potência. Para isto foi utilizado o protótipo em escala piloto desenvolvido pelo grupo de pesquisa do laboratório de Fluidodinâmica Computacional (LCDF) da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp Abstract: Frequently, agitation and mixing processes, so fundamental ones, are neglected in the industry sector in general, such as petrochemical, pharmaceutical, chemical and food processing industries. However, there are systems in which the performance of the process depends strongly on the degree of homogeneity achieved during the mixing process. When the mixing process is not properly projected and controlled, mixtures with significant fluctuations regarding their physical and/or chemical characteristics are obtained, and been that usually undesirable, it may cause the loss of entire product batches, increasing the production cost and the environmental impact of the production process. The final cost of the energy used in the agitation process depends on several factors, being one of them the type of impeller used. In order to analyze any process, factors of interest such as better agitation, least mixing time and least power consumption are considered. This research aim is to experimentally determine the power number as a function of Reynolds number in turbulent and laminar regimes for anchor-type impellers (straight and tubular) with and without scrapers and for a helical-type impeller, using as a high viscosity pseudoplastic fluid the carboximethyl cellulose diluted in water. For this purpose, it was used a pilot plant scale prototype, developed by the research group of the Computational Fluid Dynamic Laboratory (LCFD) of the Chemical Engineering College at Unicamp Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestra em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tambourgi Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A metodologia desenvolvida estabelece alternativas que possibilitam a quantificação do óleo estacionado no volume poroso dos reservatórios de petróleo. Foi admitido que, o conhecimento do coeficiente de partição do radônio entre o óleo e a água presentes no reservatório, viabilizará a determinação da Saturação Residual, levando-se em conta o aumento da quantidade de radônio na fase aquosa em relação à quantidade presente antes de ser iniciada a recuperação secundária, quando o óleo é expulso pela injeção de água. Foram executados testes, em escala de laboratório, em um corpo de prova composto por um meio poroso construído de forma a simular as características de um reservatório. O corpo de prova, elaborado a partir de uma rocha sedimentar de minério de urânio, foi acondicionado em um coreholder onde foram reproduzidas as etapas desde a formação até o esgotamento de um reservatório...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: A method has been developed for the quantification of the amount of petroleum remaining within the porous volume of oil reservoirs using radon as a natural tracer. The Oil Saturation is estimated, taking into account the partition coefficient of radon between the organic and aqueous phases in the reservoir is known and the increase in the amount of radon in the aqueous phase, relatively to the amount initially present is accounted for. The methodology has been tested in experiments carried in reduced laboratory scale. A porous medium block prepared in such a way to approximately reproduce the reservoir characteristics has been used in the tests. The block was built out of a sandstone rock containing uranium ore whose radon emanation rate allows precise measurements in small volume samples placed in a coreholder. The steps leading from the formation to the depletion of the reservoir have been simulated...Note: The complete abstract is available with the full electronic document Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Os processos de separação são amplamente usados na indústria petrolífera e alcoolquímica. O processo de destilação representa por volta de 40% dos custos da energia requerida nas operações industriais e grande quantidade de energia do processo não é aproveitada, sendo perdida ao ambiente. No Brasil, devido aos avanços industriais e à necessidade do mercado energético, inovações ao processo convencional de separação são essenciais para o desenvolvimento de novas estratégias e projetos que permitam uma diminuição do consumo de energia. Neste trabalho, foi desenvolvido o estudo do novo conceito de Coluna de Destilação com Integração Interna de Calor (CDIIC) a qual é referenciada na literatura como coluna HIDiC (Heat Integrated Distillation Column) na qual a seção de retificação opera a pressões e temperaturas maiores que a seção de esgotamento; assim, aproveita-se o calor da seção de retificação para aquecer a seção de esgotamento. O simulador de processos Aspen Plus V7.2 foi utilizado para o estudo e a implementação de uma modelagem da configuração no simulador, a qual é uma modelagem aproximada, pois o mesmo não possui este tipo de Operação Unitária. As simulações desenvolvidas foram feitas visando os cenários mais realistas que descrevessem a nova configuração, simplificando as complexidades do projeto e criando estratégias de convergência que permitam o estudo do potencial de diminuição do consumo de energia desta configuração. Na coluna CDIIC, as seções de retificação e de esgotamento se encontram dispostas de forma concêntrica e para garantir a operabilidade são usados um compressor e uma válvula para obter as temperaturas e pressões necessárias ao sistema. Na atualidade, esta configuração não é uma realidade na indústria sendo o projeto interno o de maior complexidade, além da falta de dados experimentais da coluna em uma escala suficientemente adequada para comparações. Na coluna CDIIC, estudos de transferência de calor foram realizados indicando os parâmetros de processo, como posição de alimentação, quantidade de calor trocado e possíveis configurações internas. Até o momento, aqui no Brasil, ainda não se encontram trabalhos publicados na área. Pela faixa de aplicabilidade, a coluna CDIIC terá muitas aplicações importantes, seja na área petroquímica, seja na alcoolquímica, sendo uma alternativa com potencial para a diminuição do consumo de energia em processos de destilação Abstract: The separation processes are largely used in petroleum and alcohol-chemical industries. The distillation process represents around 40% of energy costs in industrial operation, thus large among of energy of the process is not used and it is lost to the surrounding. In Brazil, industrial developments and the need of energy market allowed innovations to the conventional separation process. This is essential for the development of new strategies and designs that enable a reduction in energy consumption. In the present work a study of the new concept of Heat Integrated Distillation Colum which is referenced in literature as HIDiC column was developed. In this column, the rectifying section operates at higher pressures and temperatures than the stripping section. Thus, the heat of rectifying section is used to heat the stripping section. The Aspen Plus V7.2 software was used for the study of column configuration and the potential of heat transfer, since it does not have this type of unit operation. The simulations shows a more realistic situation able to model the new configuration, simplifying the complexities of design and creating strategies that facilitate the study of the potential for reducing the energy consumption of this configuration. In HIDiC column, the rectifying and stripping section are concentrically and to ensure operability a compressor and throttle valve are applied to achieve the temperatures and pressures required by the system. Currently, this configuration is not a reality in the industry, because the lack of experimental data from the column. In addition, the complexity of internal configuration needs to be solved. In HIDiC column, heat transfer studies were performed showing the process parameters such as feed position, amount of heat exchanged and the initial concentration. So far, in Brazil has not been published works about this technology. The range of applicability of HIDiC column has many important applications in petrochemical and alcohol-chemical industries and it represents an alternative for reducing the energy consumption in distillation process Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Submitted by Biblioteca Central (biblioteca@unicap.br) on 2017-11-13T18:41:52Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_aziel_alves_arruda.pdf: 1108637 bytes, checksum: 2eb8730eca87f2683055187ba96e11ca (MD5) Made available in DSpace on 2017-11-13T18:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_aziel_alves_arruda.pdf: 1108637 bytes, checksum: 2eb8730eca87f2683055187ba96e11ca (MD5) Previous issue date: 2008-01-02 The purification of biodiesel of the production process by transesterification of oils and fats require the removal of glycerin waste. It presents a strategy for separation of glycerin dispersed in biodiesel using an optimized hydrocyclone of the Rietema family. As calculation methodology correlations that lead to the sizing diagrams were converted into mathematical models involving significant dimensionless numbers. It presents a strategy for separation of glycerin dispersed in biodiesel using an optimized hydrocyclone of the Rietema family. They had been simulated and analyzed the conditions of separation of the mixture biodiesel-glycerin, integrant stage of the process of production of this biofuel of separation of oils and fats, in optimized and not optimized operational conditions. The optimization strategy was the use of economic and geometric correlations, which had led to the attainment of a minimum cost. One of the stages most important of the process of production of biodiesel is of its purification. One hidrociclone of the conventional type was considered for the related stage. The used strategy for elaboration of the objective function was composed of three terms: cost of acquisition, cost of operation and the associated cost does not collect of biodiesel, all as function of the diameter of the equipment. As programs of calculations for sizing and optimization the electronic spread sheet Excel and its tool had been used to solve. The results had shown that the strategy and optimization had supplied values of not optimized sizing very next to the ones of condition, demonstrating that the same one can be used as reinforcement, at a time where the economic criteria are important justifications of investments in the improvements of the productive processes. A purificação do biodiesel originado do processo de produção por transesterificação de óleos e gorduras requer a remoção de resíduos de glicerina. Como metodologia de cálculos correlações que dão origem a diagramas de dimensionamento foram transformados em modelos matemáticos envolvendo importantes números adimensionais. Apresenta-se uma estratégia de separação da glicerina dispersa no biodiesel utilizando um hidrociclone otimizado da família Rietema. Foram simuladas e analisadas as condições de separação da mistura biodiesel-glicerina, etapa integrante do processo de produção desse biocombustível por transesterificação de óleos e gorduras, em condições operacionais otimizadas e não otimizadas. A estratégia de otimização foi o uso de correlações econômicas e geométricas, as quais levaram à obtenção de um custo mínimo. Uma das etapas mais importante do processo de produção de biodiesel é a de sua purificação. Um hidrociclone do tipo convencional foi proposto para a referida etapa. A estratégia usada para elaboração da função objetivo foi composta de três termos: custo de aquisição, custo de operação e o custo associado a não coleta do biodiesel, todas como função do diâmetro do equipamento. Como programas de cálculos para dimensionamento e otimização foram utilizadas a planilha eletrônica Excel e sua ferramenta solver. Os resultados mostraram que a estratégia e otimização forneceram valores de dimensionamento muito próximos dos de condição não otimizadas, demonstrando que a mesma pode ser utilizada como reforço, numa época em que os critérios econômicos são importantes justificativas de investimentos nas melhorias dos processos produtivos.

Orientador: José Vicente Hallak d'Angelo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A sutura de categute é um material composto basicamente de colágeno, o qual é uma proteína obtida da camada serosa do intestino delgado de bovinos e é facilmente absorvido pelo corpo humano. Devido a esta característica, fios de categute são muito utilizados em vários tipos de cirurgias, como por exemplo: gastrintestinais, amarraduras de vasos na tela subcutânea, cirurgias ginecológicas e urológicas. De fácil manipulação, a sutura de categute, comporta-se como um corpo estranho, desencadeando uma reação inflamatória intensa ao seu redor. O categute possui uma sólida aceitação no mercado de produtos médicos hospitalares. Seu processo de produção ainda apresenta um alto índice de rejeição (cerca de 25%) do material semi-acabado. Deste percentual rejeitado, mais da metade é devido ao aparecimento de manchas no fio. Esta rejeição se dá, num primeiro momento, exclusivamente em função do aspecto visual, uma vez que fios com manchas são tomados como sendo fios defeituosos. Este trabalho teve por finalidade identificar a influência dos defeitos de manchas no material semi-acabado e também no produto final, comparando o desempenho dos fios com e sem manchas. Nesta comparação entre os fios foram realizados testes visuais (aparência); químicos (teor de cromo e de formol); físicos (resistência à tração com nó, resistência ao encastoamento, diâmetro) e estudos in-vivo (resistência tênsil, reação tissular). Os resultados obtidos demonstraram que os fios manchados possuem um desempenho tão bom quanto os sem mancha e podem ser utilizados sem comprometer a qualidade do produto. Isto possibilitou uma redução significativa das perdas totais no processo, de 25% para 17% de todo o material processado Abstract: Catgut suture is a material composed basically of collagen which is a fibrous protein obtained from the serosa of bovines intestine and is easily absorbed by the human body. Due this characteristic, catgut sutures can be used in several types of surgeries like: endosurgery, ophthalmology, gynecology and urology. Catgut suture is easy to manipulate, however it can produce an intense inflammatory reaction around it. Catgut is considered a very good product in the market of medical devices. In the catgut raw material process there is a great loss of material (approximately 25%). About half of this rejected material is lost because of the presence of speckles. This rejection is, at first time, because of its visual appearance, once the strands with speckles are considered as a damaged suture. The aim of this work is to study the influence of the presence of speckles in the raw material (semi-finished) as well as in the final product, comparing the performance between the strands with and without speckles. In this comparison the tests performed were: visual (appearance); chemicals (chromium an formaldehyde content); physics (knot tensile strength, needle attachment tensile, diameter); "in-vivo" tests (tensile strength, tissue reaction). The results obtained have shown that it is possible to use the suture with speckles because its performance is as good as the ones without speckle and the quality of the product is not affected by their presence. After this study the total losses in the process were significantly reduced from 25% to 17% of all processed material Mestrado Sistemas de Processos Químicos e Informática Mestre em Engenharia Química

Orientador: Silvio Roberto Andrietta Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Este trabalho consiste em determinar o modelo que melhor descreve a fermentação alcoólica industrial, em sistemas contínuos de reatores de mistura em série. Para determinação dos parâmetros cinéticos foi desenvolvido um programa utilizando os dados de análises feitas em amostras retiradas de usinas em operação. Dos modelos testados, o Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) e Levenspiel (1980), não apresentaram incoerência física nem problema de convergência sendo estes indicados para descrever a cinética da fermentação alcoólica. Os parâmetros cinéticos comuns aos modelos apresentaram valores semelhantes, onde o parâmetro Ks' limitação pelo substrato, foi de 3,0:t 0,4, o valor da concentração limite pelo produto inibidor, Pmáx' foi 92:t 9 e o fator exponencial de inibição pelo produto, YN, foi 5,3:t 0,9. O fator de inibição pelo substrato do modelo Tosseto (2002), Ki, foi 27:t 5 . O parâmetro X máx ' inibição pela massa celular, e YM, fator exponencial desta inibição, para o modelo Lee; Pagan; Rogers (1983) foram 1O0:t 1 e 0,9:t 0,1, respectivamente. A escolha pelo modelo Tosetto (2002) para implementação do programa de simulação do processo foi devido à tentativa de uma maior abrangência na obtenção das constantes cinéticas devido à possibilidade de inibição pelo substrato. A simulação em regime permanente trata-se da resolução equações algébricas dos balanços de massa do sistema e é capaz de dimensionar a etapa de fermentação de novas plantas a serem implantadas, enquanto que a simulação em regime transiente, tem o intuito de avaliar modificações durante a operação da usina e as equações diferenciais obtidas a partir dos balanços de massa devem ser resolvidas por método numérico, que neste caso foi utilizado o Runge-Kutta de quarta ordem Abstract: This work aimed to determinate a model that best describes the industrial scale alcoholic fermentation in continuous serial mixing reactors. Software was developed in order to establish the kinetics parameters, using analysis data performed on samples from operating plants. The models described by Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) and Levenspiel (1980), did not display physical incoherence or even convergence problems that described alcoholic fermentation kinetics. The kinetics parameters shown in all models presented similar values, like K (substrate limitation) was 3,0:t 0,4, Pmáx (limited product concentration) was 92:t 9 and YN (product inhibition power factor) was 5,3:t 0,9. The K (substrate inhibition) studied by Tosseto (2002) was 27:t 5. X máx (cell mass inhibition) and YM (cell mass inhibition factor power) were respectively 1O0:t 1 and 0,9:t 0,1 to Lee; Pagan; Rogers (1983). The kinetics parameters abranger due the substrate inhibition obtained by Tosetto (2002) this model was chosen in order to implement the simulating software. The stady state simulation is about system' s mass balance algebric equations resolution and is capable to dimension the fermentation step in new plants to be implanted while the unstady state simulation have the intention to evaluate modifications during the plant operation and the differential equations obtained from mass balance must be resolved by numerical methods, in this case, was used the fouth order Runge-Kutta Doutorado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Doutor em Engenharia Química

Orientador: Jose Roberto Nunhez Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Com aplicações nos mais variados ramos industriais, tais como o alimentício, o químico, o farmacêutico, o de bebidas e o de toucador, entre outros, a operação unitária de agitação ou mistura de fluidos desempenha importante papel nos processos industriais. Os misturadores estáticos constituem uma alternativa aos vasos agitados tradicionais, sendo aplicados em processos contínuos. Os atuais fabricantes nacionais de misturadores estáticos têm apresentado dificuldade em definir o tipo adequado de misturador para as aplicações de um modo geral, como selecionar um misturador que, apesar de promover a mistura apresenta um alto consumo de energia para a aplicação. A constante preocupação em se reduzir o consumo de energia exige um cuidado especial com relação à escolha do misturador adequado ao processo. Dois misturadores denominados ALETAS e EDA foram selecionados de um trabalho anterior que desenvolveu e otimizou misturadores estáticos, utilizando a ferramenta fluido-dinâmica computacional (CFD), sendo que um destes se opera em regime laminar (ALETAS) e o outro em regime turbulento (EDA). O presente estudo buscou complementar o desenvolvimento destes novos tipos de misturadores estáticos, sob a forma de ensaios experimentais, em regimes laminar e turbulento. Como resultado dos ensaios experimentais pôde-se concluir que o misturador tipo ALETAS é adequado para se operar em regime laminar e o EDA pode ser utilizado em ambos regimes, laminar e turbulento, com alguns cuidados especiais para o caso de regime laminar. Os mesmos foram comparados com misturadores bastante estudados na literatura (Kenics e Sulzer SMX) apresentando desempenho similar a estes dois misturadores comerciais Abstract: Mixing is a unit operation with applicability in many industrial fields, such as food, chemical, petrochemical, beverages and pharmaceutical, just to say some fields. The static mixers appear with an alternative to the traditional agitated vessels. They could be used such in batch mixing operation as in continuous processes, but mainly in continuous processes. The Brazilian suppliers had some problems in choosing the adequate equipment, and it is not rare that they choose an equipment that really does the proper mixture, but with a very high consumption of energy. The recently concern about saving energy demands a special care about the choosing of the best static mixer for the particular task.It was selected two models (ALETAS and EDA) from another work that developed static mixers using computational fluid-dynamic (CFD) method, the ALETAS mixer for laminar mixing and EDA for turbulent mixing. This work searches to complete this study, by experimental tests in laminar and turbulent mixing conditions.The results show that ALETAS static mixer can be used in laminar mixing, as the EDA static mixer but the EDA can be used in laminar mixing with some particular cares. The EDA can also be used in the turbulent mixing. Both models of static mixers were also compared with the Kenics and Sulzer SMX commercial static mixers using the data available in the literature with very similar results Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Elizabete Jordão, Wander Luiz Vasconcelos Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Os processos de separação são normalmente responsáveis pelos maiores custos de produção nas indústrias químicas, petroquímicas e correlatas. A aplicação comercial de processos adsortivos de separação de gases conhecidos como PSA ("Pressure Swing Adsorption"), têm tido uma aceitação crescente na indústria, pois eles são mais eficientes e econômicos do que os processos de separação convencionais, para pequenas e médias capacidades de produção. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma instalação de separação de gases por PSA para a produção de ar enriquecido na faixa de 25 a 50 % de oxigênio, para aplicação em processos de combustão e oxidação, e construir um modelo que permita descrever o comportamento do processo, levando em consideração três parâmetros de avaliação: a pureza e recuperação do produto e a produtividade do adsorvente. Para alcançar os objetivos propostos foi projetada e construída uma instalação laboratorial de PSA utilizando um adsorvente à base de zeólita 5A. O sistema de automação e controle da instalação consiste de um controlador lógico programável conectado a um microcomputador via sistema supervisório, e a diversas válvulas solenóides e instrumentos de medição de vazão, pressão, concentração e temperatura. O projeto e a construção da instalação exigiram um grande esforço de pesquisa e estudo, e conduziram à fonnação de uma equipe multidisciplinar com especialistas em áreas como processos, materiais, automação e controle, que muito contribuiu para a consolidação da pesquisa. Através da utilização de um planejamento fatorial de experimentos foi possível obter modelos empíricos satisfatórios para a pureza, recuperação e produtividade em função das condições operacionais, com erros médios variando entre 1 % e 4 %. Os resultados dos experimentos e as simulações realizadas mostraram que a instalação desenvolvida é capaz de produzir ar enriquecido a 43 % O2, com uma recuperação de 50 % e produtividade de 0,06 moI O_g.ciclo. A otimização do processo foi facilitada pela utilização de outro parâmetro de avaliação do processo, denominado capacidade separativa, que utiliza conceitos básicos da teoria de cascatas aplicada a separações isotópicas Abstract: Separation processes account for the major production costs in chemical, petrochemical and related industries. Commercial pressure swing adsorption processes (the so-called PSA processes) have been intensively applied in industry since they need lower energy and are less costly than conventional separation processes for low to medium production rates. This work aims to develop a gas separation unit by the PSA process to produce oxygen enriched air between 25 % and 50 % to be used in combustion and oxidation processes. Another objective is to build a model of the process by which its performance can be evaluated through three parameters: product purity, product recovery and adsorbent productivity. To reach these objectives a PSA unit of laboratory scale was designed and built, that uses a bed filled with a type 5A-zeolite adsorbent. Instruments for measuring flow rate, pressure, concentration and temperatures and solenoid valves were linked to a programmable logic controller. A computer was used for data acquisition and to control the experimental set-up. Great effort of research and study placed for design and construction of the installation required a multidisciplinary team of specialists in many fields like processes, materials, automation and control, which was very helpful to consolidate the present research. Using a factorial design of experiments it was possible to develop appropriate empirical models for evaluating purity, recovery and productivity against operational conditions, with mean errors varying between I and 4%. The experimental results and executed simulations of the process showed that the PSA unit works properly for production of oxygen enriched air at a purity of 43 %, recovery around 50 % and productivity of 0,06 mol Ozlkg.cic1o. The process was optimized by another parameter, called separative capacity, which uses basic concepts of cascade theory applied to isotope separations Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

In this study we describe an experimental procedure based on a chemical industrial process of soya-bean oil extraction applied in general chemistry for undergraduate students. The experiment was planned according to the Science, Technology and Society (STS) approach to teach basic chemical concepts and provide grounding in the management of environmental care. The use of real life chemistry problems seems to salient the relevance of chemistry to our students and enhances their motivation to learn both the practical and theoretical components of the discipline.

Submitted by Deyse Queiroz (deysequeirozz@hotmail.com) on 2019-02-28T17:28:43Z No. of bitstreams: 1 PAULO GUIMARÃES PEREIRA DOS SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGECA 1983..pdf: 4382872 bytes, checksum: 5dab63047b5789602c356377bd616f4c (MD5) Made available in DSpace on 2019-02-28T17:28:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PAULO GUIMARÃES PEREIRA DOS SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGECA 1983..pdf: 4382872 bytes, checksum: 5dab63047b5789602c356377bd616f4c (MD5) Previous issue date: 1983 A determinação da constante de dissociação de sistemas de ácidos ou bases ou sais realizada através de métodos manométricos e termodinâmicos somente pode ser aplicada para baixa forca iônica e à diluição infinita. Nesta tese, propõe-se determinar à 25°C a primeira constante aparente de dissociação de sistemas terciários de alta força iônica tais que: (A) NaCl + NaHCO3+H2O; {B}KCI + NaHC03+H20; (c) CaCl2 + NaHC03+H20 e (D)MgCl2 + NaHCO3 + H2O ; ou seja, águas naturais de alta salinidade. Como método experimental, utilizou-se a titulação de Gran na faixa de pH em que as duas funções matemáticas de interesse (F1 e F2) se aplicam; ou seja, 3.00 ph 6.35. Estas funções matemáticas permitiram a obtenção dos seguintes parâmetros: (i) coeficiente da atividade operacional de H+, fh+; (ii) volume de ácido forte (HCL) requerido até o ponto de equivalência de H2CO3, V1(ml) e (iii) primeira constante aparente de dissociação do sistema carbônico com espécies livres e complexa, K, respectivamente. O pH foi obtido com o uso de célula constituída por eletrodo de vidro acoplado à eletrodo de referência tipo calomelano saturado; ou seja, célula com junção líquida. A calibração do sistema de eletrodos foi feita, antes de cada experimento com as soluções teste, em uma solução padrão de baixa força iônica. Devido à diferença entre as matrizes iônicas das soluções padrão e teste, o pH foi interpretado em termos do Residual de Potencial de Junção Líquida ( RPJL). A influencia deste fator foi também incorporada ao modelo matemático das funções F1 e F2. Neste trabalho foi também proposta uma modelação para sistemas terciário de alta salinidade onde se aplicou a teoria de Loewenthal & Marais(10) para o sistema carbônico à baixa força iônica e com certas modificações. Estas se reportam a incorporação dos efeitos de força iônica, do RPJL e da formação de pares iônicos nas equações que definem estes sistemas. Os resultados obtidos, para fH+ apresentaram valores crescentes com o aumento de força iônica na faixa 0.1-« t * 3 . 0. Uma relação semeIhante foi obtida por Cavalcanto, 8 v H (4) para sistemas binários de cloretos 5 25°C e na mesma faixa de força iônica desta pesquisa. Os resultados experimentais finais obtidos mostraram que a constante K 1a aumenta com o aumento de força iônica. The determination of the dissociation constant of acid or base systems or salts performed by manometric and thermodynamic methods can only be applied for low ionic strength and infinite dilution. In this thesis, it is proposed to determine at 25 ° C the first apparent dissociation constant of high ionic strength tertiary systems such that: (A) NaCl + NaHCO 3 + H 2 O; KCl + NaHC03 + H20; (c) CaCl2 + NaHC03 + H2O and (D) MgCl2 + NaHCO3 + H2O; that is, natural waters of high salinity. As an experimental method, Gran titration was used in the pH range in which the two mathematical functions of interest (F1 and F2) apply; that is, 3.00 ph 6.35. These mathematical functions allowed to obtain the following parameters: (i) coefficient of the operational activity of H +, fh +; (ii) the volume of strong acid (HCL) required to the equivalence point of H2CO3, V1 (ml) and (iii) the first apparent decomposition constant of the carbonic system with free and complex species, K, respectively. The pH was obtained with the use of a cell composed of a glass electrode coupled to the reference electrode type saturated calomel; that is, cell with liquid junction. The calibration of the electrode system was done, before each experiment with the test solutions, in a standard solution of low ionic strength. Due to the difference between the ionic matrices of standard solutions and test, the pH was interpreted in terms of the Liquid Junction Potential Residual (RPJL). The influence of this factor was also incorporated into the mathematical model of the F1 and F2 functions. In this work it was also proposed a modeling for high salinity tertiary systems where the Loewenthal & Marais theory (10) was applied to the carbonic system at low ionic strength and with certain modifications. These report the incorporation of ionic force, RPJL and ion pair effects in the equations that define these systems. The results obtained for fH + showed increasing values ​​with the increase of ionic strength in the range 0.1 - t * 3. 0. A similar relationship was obtained by Cavalcanto, 8 v H (4) for binary systems of chlorides 5 25 ° C and in the same ionic strength range of this research. The final experimental results obtained showed that the constant K 1a increases with the increase of ionic strength.