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O objetivo do presente estudo foi a utilização de material sorvente para o desenvolvimento de um método alternativo para remoção de íons chumbo e bário das águas de abastecimento público. Empregou-se um sistema de quatro reatores de leito fixo ligados em série, cada um com volume de 0,250 L. Os reatores foram operados em fluxo contínuo ascendente caracterizado pelo cálculo do tempo de detenção hidráulica (TDH) e fibra de coco foi usada como material sorvente. Para caracterização do processo de adsorção, analisou-se as variáveis: pH, tempo de contato, concentração inicial do metal, concentração da biomassa e vazão. Realizou-se a análise de variância (ANOVA), análise multivariada da variância (MANOVA) e teste-T e após os tratamentos de dados, os parâmetros concentração inicial do metal e vazão mostraram-se não significativos para o intervalo de confiança adotado nas condições do trabalho. Realizou-se o delineamento composto central rotacionado (DCCR) para os íons Pb2+ e Ba2+. Os valores críticos que maximizaram a remoção dos íons Pb2+ foram (pH = 4,8; Tempo 57,11 min. e concentração da biomassa de 25,45 g L-1 ) e dos íons Ba2+ foram (pH = 4,99; Tempo 53,41 min. e concentração da biomassa de 19,83 g L-1 ). Determinou-se o percentual de remoção nos valores críticos obtidos para os íons citados com a variação na quantidade de reatores, onde percebeu-se um aumento no percentual de remoção para o chumbo (82% - 88%) e uma redução para o bário (94% - 89,2%) quando se utiliza quatro reatores em série. Na análise multielementar de chumbo e bário, empregou-se os valores resultantes das médias entre os íons analisados isoladamente (pH = 5,0; tempo 55,26 min. e concentração da biomassa de 22,64 g L-1 ). Observou-se redução na remoção de chumbo (81,2% - 78%), mas dentro do desvio padrão e uma manutenção no percentual de remoção de bário (92,6%). Os percentuais de remoção de chumbo e bário na solução multielementar foram inferiores quando comparados a solução unielementar, mas dentro do desvio padrão. As isotermas de adsorção para ambos os íons mostraram melhor ajuste ao modelo de Langmuir (R2 Pb = 0,9972 e R2 Ba = 0,9961). The aim of this study was to use sorbent material to develop an alternative method for removing lead and barium ions from public water supplies. A system with four fixed bed reactors connected in series, each with a volume of 0.250 L, was used. The reactors were operated in continuous upward flow characterized by the calculation of the hydraulic detention time (TDH) and coconut fiber was used as material sorbent. To characterize the adsorption process, the following variables were analyzed: pH, contact time, initial metal concentration, biomass concentration and flow rate. Analysis of variance (ANOVA), multivariate analysis of variance (MANOVA) and T-test were performed and after the data treatments, the parameters initial metal concentration and flow were not significant for the confidence interval adopted in the conditions from work. A central rotated composite design (DCCR) for Pb2+ and Ba2+ ions was performed. The critical values that maximized the removal of Pb2+ ions were (pH = 4.8; Time 57.11 min. and biomass concentration of 25.45 g L-1) and Ba2+ ions were (pH = 4.99; Time 53.41 min. and biomass concentration of 19.83 g L-1). The removal percentage was determined in the critical values obtained for the mentioned ions with the variation in the number of reactors, where an increase in the removal percentage for lead (82% - 88%) and a reduction for barium (94%) was observed - 89.2%) when using four reactors in series. In the multielemental analysis of lead and barium, the values resulting from the averages between the ions analyzed separately were used (pH = 5.0; Time 55.26 min. and biomass concentration of 22.64 g L-1). The results shows a reduction in lead removal (81.2% - 78%), but within the standard deviation and a maintenance in the percentage of barium removal (92.6%). The percentages of lead and barium removal in the multielemental solution were lower when compared to the unielemental solution, but within the standard deviation. The adsorption isotherms for both ions showed a better fit to Langmuir model (R2Pb = 0.9972 and R2Ba = 0.9961).

Orientador: Rubens Maciel Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Atualmente, o conceito de sustentabilidade vem ganhando cada vez mais espaço e com ele os desafios de melhorar os processos industriais. O uso dos microrreatores surge como uma opção atraente e com potencial para atender às diversas e crescentes exigências ambientais e econômicas. Por outro lado, o mau funcionamento ou a perda de funções totais ou parciais de um órgão ou tecido resultante de doenças ou traumas, é um dos mais importantes e preocupantes problemas de saúde pública, atingindo um número significativo de pessoas em todo o mundo. Dessa forma, o principal objetivo dessa tese foi o desenvolvimento, fabricação e avaliação de microrreator capaz de realizar a síntese de polimerização do poli (L-ácido láctico) (PLLA) utilizado como implantes biomédicos. Para o cumprimento desse objetivo, foi necessário avaliar separadamente as condições de síntese e as rotas de obtenção do PLLA. O rota escolhida de polimerização para ser desenvolvida em microrreator foi a policondensação direta. Os produtos foram gerados e caracterizados por diferentes técnicas de análise. Os resultados mostraram semelhança entre os dois produtos e sua avaliação citotóxica permitiu confirmar sua aplicação com biomaterial. Pode-se concluir que o microrreator proposto apresentou-se com grande potencial na realização da polimerização do PLLA por policondensação direta do ácido láctico Abstract: Currently, the concept of sustainability has been gaining more space and with it the challenges of improving industrial processes. The use of microreactors emerges as an attractive and potential option to meet the diverse and growing environmental and economic requirements. Furthermore, the malfunction or loss of total or partial functions of an organ or tissue resulting from disease or trauma is a major concern and public health problems, achieving a significant number of people worldwide. Thus, the main objective of this thesis was the development, manufacture and evaluation of microreactor capable of performing the synthesis of polymerization of poly (L-lactic acid) (PLLA) used as biomedical implants. To fulfill this objective, it was necessary to separately evaluate the conditions of synthesis and routes of obtaining the PLLA. The route chosen for polymerization with microreactor to be developed was in direct polycondensation. The products were generated and characterized by different analysis techniques. The results showed similarity between the two products and their cytotoxic evaluation confirmed their application with biomaterial. It can be concluded that the idea of microreactor proposed has been presented with great potential in fulfilment of the polymerization of the PLLA by direct polycondensation of lactic acid Doutorado Desenvolvimento de Processos Químicos Doutora em Engenharia Química

Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A polimerização radicalar por transferência de átomo (ATRP) é uma das mais poderosas técnicas de síntese de materiais com estruturas controladas, tendo grande destaque a síntese de materiais funcionalizados. O composto 2,2,2-tribromoetanol apresenta-se como um iniciador promissor para a polimerização ATRP visto que possui grupamentos funcionais diferenciados (bromo e hidroxilas), permitindo a fácil copolimerização por outras técnicas, por exemplo, a polimerização por condensação. Devido ao referido iniciador ser novo na polimerização de estireno, torna-se interessante estudar o sistema através de simulações para obter as melhores condições reacionais de síntese. Esta tese propõe um novo modelo para representar o processo ATRP de estireno utilizando o iniciador 2,2,2-tribromoetanol. Reações características de polimerizações convencionais foram incluídas ao tradicional modelo do processo visando deixa-lo mais robusto para representar reações em altas temperaturas. O modelo foi validado através da comparação entre dados experimentais de literatura e, também, dados obtidos na presente pesquisa, sugerindo que as reações consideradas ocorrem mesmo a polimerização sendo controlada. Através do modelo determinístico proposto, realizou-se a predição de parâmetros cinéticos que dependem do iniciador utilizado para três temperaturas distintas, permitindo estudar o sistema na faixa considerada através de equações de Arrhenius. Por fim, a técnica de planejamento fatorial foi empregada para reduzir o número de simulações necessárias para obter as condições reacionais ótimas de síntese do poliestireno funcionalizado. Demonstrou-se, por meio de uma otimização dinâmica, que a técnica de planejamento fatorial aplicada ao modelo determinístico pode ser considerada válida e uma ferramenta simples de obtenção das condições ótimas do processo Abstract: Atom transfer radical polymerization (ATRP) is one of the most powerful techniques for the synthesis of materials with controlled structure, with emphasis on functionalized materials synthesis. 2,2,2-tribromoethanol is a promising ATRP initiator, which has different functional groups (hydroxyl and bromine), allowing easy copolymerization by other techniques, for example, by condensation polymerization. Due to this initiator be a novel initiator, it is interesting to study the system through simulations to obtain the best reaction conditions for the synthesis. This thesis proposes a new model to represent the styrene ATRP process using 2,2,2-tribromoethanol as initiator. Some reactions of conventional polymerization were included into the traditional model aimed makes it more robust to represent reactions at high temperatures. The model was validated by comparing of experimental data from literature and also the data obtained in this study, suggesting that the considered reactions occur even polymerization being controlled. Through the proposed deterministic model, there was the prediction of kinetic parameters that depend on the initiator used for three different temperatures, allowing study the system in the range considered by Arrhenius equation. Finally, the factorial design technique was employed to reduce the number of required simulations to obtain the optimal reaction conditions for synthesis of functionalized polystyrene. It was demonstrated by means of dynamic optimization, the factorial design technique applied to the deterministic model can be considered valid and simple tool to obtain optimum process conditions Doutorado Ciência e Tecnologia de Materiais Doutor em Engenharia Química

Reatores com núcleo de ar tipo seco, assim como capacitores, são elementos básicos e parte integral tanto do sistema elétrico de distribuição quanto do sistema de transmissão de potência. Além de fornecer potência reativa para o sistema elétrico, este tipo de reator possui um vasto campo de aplicação como: limitador de corrente de curto-circuto, limitador de corrente de Inrush (para capacitores e motores), filtro de harmônicos, compensação VAR, redução de Ripple ou alisamento, bobinas de bloqueio, aterramento de neutro, amortecimento de transientes de comutação, redução de Flicker de forno de arco, dissintonia de circuito, equilíbrio de carregamento etc. Dependendo da sua função, os reatores são conectados em série ou em paralelo com a rede. Os reatores podem ser conectados diretamente a rede (reatores shunt, limitadores de corrente) ou em conjunto com outros componentes básicos, tais como capacitores de potência (filtros de harmônicos, capacitores shunt, limitadores de corrente de descarga, aterramento de neutro). Os reatores com núcleo de ar tipo seco podem ser instalados em qualquer nível de tensão industrial, de distribuição ou de transmissão e podem estar sujeitos desde alguns ampères a dezenas de milhares de ampères e níveis de corrente de curto-circuito de até centenas de milhares de ampères. Devido a vasta aplicação do reator de núcleo de ar no sistema elétrico de potência, as considerações dos custos relativos às perdas inerentes ao enrolamento e as perdas induzidas é de fundamental importância tanto na concepção do projeto do equipamento quanto nas medições de rotinas realizadas durante o processo de fabricação. Esta dissertação tem por objetivo apresentar uma metodologia para realizar a medição das perdas totais (nos enrolamentos) utilizando a Termografia Infravermelha em reatores com núcleo de ar tipo seco composto de um cilindro. Realizando uma comparação entre o projeto calculado, medido e pela metodologia proposta, foi possível realizar uma avaliação do trabalho realizado com constatação de bons resultados. Dry-type air-core reactors, as well as capacitors, are basic elements and an integral part of the electrical distribution and the power transmission system. In addition to providing reactive power to the electrical system, this type of reactor has a wide field of application such as: short-circuit current limiter, Inrush current limiter (for capacitors and motors), harmonic filters, VAR compensation, Ripple reduction or smoothing, blocking coils, neutral grounding, switching transient damping, arc furnace, Flicker reduction, circuit tuning, charging balance etc. Depending on their function, the reactors are connected in series or in parallel with the network. The reactors can be connected directly to a network (shunt reactors, current limiters) or in conjunction with other basic components, such as power capacitors (harmonic filters, shunt capacitors, discharge current limiters, neutral ground). Dry-type air core reactors can be installed at any industrial plant, distribution or transmission voltage level and can range from a few amps to tens of thousands of amps and short-circuit current levels of up to hundreds of numbers of amps. Due to the wide application of the dry-type air-core reactor in the electrical power system, the cost considerations related to the losses inherent in the winding and the induced losses has fundamental importance in the design of the equipment design and in the measurements of routines performed during the process manufacturing. This dissertation aims to present a methodology to perform a measurement of the total losses (in the windings) using an Infrared Thermography in reactors with a dry-type air-core composed of a single cylinder. By making a comparison between the project carried out, measured and by the proposed methodology, it will be possible to carry out an evaluation of the work carried out with confirmation of good results.

A Distribuição do Tempo de Residência (DTR) é uma técnica aplica a diferentes tipos de reatores e através dela é possível diagnosticar o funcionamento dos mesmos, modelar o processo de forma mais eficaz e prever as principais propriedades de saída da corrente efluente. Assim, este artigo apresenta um arranjo de baixo custo e de fácil montagem que permite o estudo da DTR. Investigou-se o reator do tipo tanque agitado aplicando diferentes modelos uni ou bi paramétricos para caracterizar a DTR e determinar seu perfil de escoamento. Azul de metileno foi utilizado como traçador no modo de degrau positivo, com a configuração do reator permitindo avaliar diferentes condições de escoamento em função da posição de saída do efluente e condições de agitação. O experimento foi montado de modo a ser realizada num período de duas horas mostrando-se eficaz no diagnóstico de reatores, bem como exemplificar e unir os conhecimentos teóricos com a prática experimental.

Orientador: Prof. Dr. José Viriato Coelho Vargas Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 31/08/2020 Inclui referências: p. 83-92 Área de concentração: Fenômenos de Transporte e Engenharia Térmica Resumo: O presente estudo trata da geração de hidrogênio a partir da reação química espontânea entre alumínio reciclado e hidróxido de sódio. O alumínio é um metal que apresenta alto valor exegético e pode ser reciclado várias vezes sem perder suas propriedades termomecânicas. Isso tornará a geração de hidrogênio um processo mais limpo e sustentável. Os estudos apresentados nesta dissertação demonstram que é possível predizer o comportamento cinético da reação utilizando dados obtidos pelo método condutométrico e os resultados são apresentados através de gráficos de condutividade elétrica vs tempo. Ao aplicar metodologia matemática aos dados experimentais, torna-se possível a confirmação da ordem da reação em estudo. Utilizando conceitos de cinética de reatores, termodinâmica e fenômenos de transporte relacionados à reação entre o alumínio sólido reciclado e o hidróxido de sódio foi desenvolvido um modelo matemático para o sistema de reação. Os conhecimentos adquiridos neste estudo contribuem para o desenvolvimento de um novo reator e, como consequência, um novo sistema de geração de hidrogênio industrial renovável e sustentável. Palavras-chave: Reator. Alumínio. Hidróxido de Sódio. Aluminato de Sódio. Hidrogênio. Abstract: The present study addresses the hydrogen generation from the spontaneous reaction between recycled aluminum and sodium hydroxide. Aluminum is a metal that presents high exergetic value and can be recycled several times without losing its thermo-mechanical properties. It will make hydrogen generation a cleaner and sustainable process. The studies presented in this dissertation demonstrate that it is possible to predict the kinetic behavior of the reaction using data obtained by the conductometric method and the results are presented through graphs of electrical conductivity vs time. By applying mathematical methodology to the experimental data, it becomes possible to confirm the order of the reaction under study. Using concepts of kinetic of reactors, thermodynamics and transport phenomena related to the reaction between recycled solid aluminum and sodium hydroxide, a mathematical model for the reaction system has been developed. The knowledge acquired in this study contribute to the development of a new reactor and, as a consequence, a new renewable and sustainable industrial hydrogen generation system. Key-words: Reactor. Aluminum. Sodium Hydroxide. Sodium Aluminate. Hydrogen

Orientador: Dirceu Noriler Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A formação de fuligem durante processos de combustão vem ganhando a atenção dos pesquisadores haja vista que, apesar dos progressos significativos realizados nas últimas décadas, esse fenômeno ainda não é totalmente compreendido. Devido à leis ambientais cada vez mais restritas e ao fato de que a fuligem pode ser usada em casos práticos, como na produção de pós de negro de fumo (carbono nanoestruturado), é necessário prever a quantidade e as características desse componente. O negro de fumo é amplamente empregado nas indústrias automotivas, de plásticos e tintas. Recentemente, devido a suas propriedades de nanoescala como, por exemplo, maior área superficial, o negro de fumo tem se destacado para aplicações em baterias. Além disso, uma técnica alternativa para a produção de nanopartículas que também tem recebido atenção nos últimos anos é a pirólise em sprays flamejantes (FSP), a qual é capaz de fornecer produtos de alta pureza com faixas estreitas de distribuição de tamanhos. Desse modo, um estudo computacional sobre a formação de nanopartículas de negro de fumo em reatores FSP foi realizado empregando-se chamas turbulentas difusivas axissimétricas de p-xileno líquido e ar como gás de revestimento à pressão atmosférica. Um modelo matemático semi-empírico de três equações capaz de predizer a formação, crescimento e oxidação, bem como o diâmetro das partículas de negro de fumo foi desenvolvido e implementado no código comercial de CFD da ANSYS Fluent. O efeito da radiação das nanopartículas na chama foi avaliado a partir de modelos de radiação para o negro de fumo propostos na literatura. Cálculos numéricos foram realizados negligenciando e considerando a transferência de calor radiativa do negro de fumo com o intuito de avaliar esse efeito sobre o perfil de temperatura da chama e da fração mássica de negro de fumo. Os resultados mostraram que a negligência do efeito da radiação do negro de fumo é responsável por superestimar a temperatura da chama e, consequentemente, as taxas de formação e oxidação das nanopartículas. A avaliação da sensibilidade paramétrica do modelo desenvolvido foi realizada variando-se as vazões do ar de revestimento e do combustível. Foi observado que o aumento da vazão do ar de revestimento reduz o rendimento da produção de negro de fumo e que o incremento da vazão do combustível é responsável por aumentar o rendimento Abstract: Soot formation during combustion processes has received attention from researchers since, despite the significant progress made in the last decades, this phenomenon is still not fully understood. Due to increasingly strict environmental laws and the fact that soot can be used in practical cases, such as the production of carbon black powders (nanostructured carbon), it is necessary to predict the quantity and characteristics of this component. Carbon black is widely used in the automotive, plastics and paint industries. Recently, due to its nanoscale properties, such as greater surface area, carbon black has outstanding for battery applications. In addition, an alternative technique to produce nanoparticles that has also received attention in recent years is the flame spray pyrolysis (FSP), which can deliver high purity products with narrow size distribution. Thus, a computational study on the formation of soot nanoparticles in FSP reactors was performed using turbulent axisymmetric diffusion flames of liquid p-xylene and air as a coating gas at atmospheric pressure. A semi-empirical mathematical model of three equation capable of predicting soot formation, growth, oxidation, as well as the soot particles diameter was developed and implemented in the ANSYS FLUENT CFD commercial code. The radiation effect of nanoparticles on the flame was evaluated from soot radiation models proposed in the literature. Numerical calculations were performed neglecting and considering the radiative heat transfer of soot in order to evaluate this effect on the flame temperature and soot mass fraction profiles. The results showed that the negligence of the soot radiation effect is responsible for overestimating the flame temperature and, consequently, the rates of formation and oxidation of the nanoparticles. The evaluation of the parametric sensitivity of the developed model was carried out by varying the flow rates of the sheath air and the fuel. It was observed that the increase in the flow of the sheath air reduces the efficiency of soot production and that the increase in the flow of the fuel is responsible for increasing the efficiency Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química FAPESP 2188/18

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Nas últimas décadas com o crescimento populacional, o uso intensivo de fertilizantes na agricultura e o lançamento de efluentes sem tratamento contendo nitrogênio tem provocado severos danos aos corpos hídricos. Nesse sentido, torna-se extremamente importante realizar o tratamento dos efluentes domésticos e industriais principalmente para remoção de nutrientes e de matéria orgânica. O processo de oxidação anaeróbia da amônia (Anammox) é bastante promissor para a remoção de nitrogênio de efluentes e geralmente é associado a outros processos, como a nitrificação parcial (NP). Dessa forma, as melhorias contínuas para a efetiva aplicação do processo em diferentes tipos de efluente ainda se fazem necessárias. Este trabalho avaliou o desempenho de reatores em bateladas sequencias (RBS) com atividade Anammox para: 1) remoção de nitrogênio de efluente doméstico pré-tratado anaerobiamente, 2) remoção de nitrogênio de digestato de resíduo alimentar. O experimento foi dividido em duas etapas. A Etapa 1, realizada em RBS em escala laboratorial de 2 L (RBS-Lab), consistiu em três fases experimentais: 1) Enriquecimento de bactérias Anammox; 2) Alimentação com efluente doméstico mais nitrito; e 3) Avaliação de duas estratégias de aeração intermitente (0,050 e 0,025 L/min/Lreator) para o desenvolvimento do processo de NP/Anammox para a remoção de N-amoniacal. A Etapa 2 foi realizada em RBS escala-piloto (RBS-Piloto) de 500 L em duas fases: 1) Enriquecimento de bactérias Anammox; e 2) Operação com digestato de resíduo alimentar. Os resultados para o RBS laboratorial na Fase 1 foram de: 41 e 91% de eficiência de remoção mediana de amônia e nitrito, respectivamente. Na Fase 2 as medianas de remoção foram de 56% para amônia e 98% para nitrito. Nas Fases 3 e 4 com as duas estratégias de aeração avaliadas, os valores obtidos foram diferentes do que é pretendido no processo de NP/Anammox, uma vez que a amônia consumida foi oxidada a nitrato, portanto, não alcançado-se o pretendido nessas fases (a remoção de amônia nesta fase foi de 90% com consumo total de nitrito e mediana de produção de nitrato igual a 50 mg/L). Os resultados obtidos para o RBS-piloto foram de mediana de eficiência de remoção de amônia de 31 e 32% de nitrito na Fase 1 (com meio sintético); e na Fase 2, obteve-se 67% de remoção mediana de amônia e 99% de nitrito, evidenciando maior atividade Anammox na Fase 2, e indicando que foi possivel cultivar Anammox a partir de efluente real (digestato de resíduo alimentar) suplementado com nitrito. Os resultados de detecção das bactérias do ciclo do nitrogênio mostraram que as bactérias Anammox, oxidadoras de amônia, oxidadoras de nitrito (Nitrospira e Nitrobacter) e desnitrificantes estiveram presentes nos reatores (RBS laboratorial e piloto) em todas as fases testadas; e portanto, estavam envolvidas na remoção e conversão das formas nitrogenadas em ambos reatores. In the last decades with the population growth, the intensive use of fertilizers in agriculture and the release of effluents without treatment containing nitrogen have caused severe damages to water bodies. So, it becomes extremely important to do the treatment of domestic and industrial effluents, mainly for the removal of nutrients and organic matter. The anaerobic oxidation process of ammonia (Anammox) is very promising for the removal of nitrogen from effluents and is generally associated with other processes, such as partial nitrification (PN). Thus, continuous improvements for the effective application of the process in different types of effluent are still necessary. This study evaluated the performance of sequential batch reactors (SBR) with Anammox activity for: 1) nitrogen removal from anaerobically pretreated domestic effluent, 2) nitrogen removal from food waste digestate. The experiment was a two-step trial. Step 1, performed in SBR on a 2 L laboratory scale (SBR-Lab), and consisted of three experimental phases: 1) Enrichment of Anammox bacteria; 2) Feeding with domestic effluent plus nitrite; and 3) Evaluation of two intermittent aeration strategies (0.050 and 0.025L/min/Lreator) for the development of the PN/Anammox process for the removal of N-ammonia. Step 2 was a 500L pilot-scale SBR (Pilot SBR) two-phase trial: 1) Enrichment of Anammox bacteria; and 2) Operation with food residue digestate. The results for the laboratory SBR in Phase 1 were 41 and 91% efficiency of median removal of ammonia and nitrite, respectively. In Phase 2 the removal medians were 56% for ammonia and 98% for nitrite. In Phases 3 and 4 with the two aeration strategies evaluated, the values obtained were different from what is intended in the PN/Anammox process, since the ammonia consumed was oxidized to nitrate, therefore, the desired in these phases was not achieved (the removal of ammonia in this phase was 90% with total nitrite consumption and median nitrate production equal to 50mg/L). The results obtained in Phase 1 for the pilot SBR were median of ammonia removal efficiency of 31 and 32% of nitrite (with synthetic material); and in Phase 2, 67% of median ammonia removal and 99% of nitrite were obtained, showing greater Anammox activity in Phase 2, and indicating that it was possible to cultivate Anammox from real effluent (digestate of food waste) supplemented with nitrite. The detection results of the nitrogen cycle bacteria showed that the Anammox bacteria, ammonia oxidizers, nitrite oxidizers (Nitrospira and Nitrobacter) and denitrifiers were present in the reactors (laboratory and pilot SBR) in all tested phases; and therefore, they were involved in the removal and conversion of nitrogenous forms in both reactors.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-06-04T17:42:04Z No. of bitstreams: 2 Felippe Martins Damaceno.pdf: 2428800 bytes, checksum: 84a31bd162b88e351374fbdad8a4d504 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2018-06-04T17:42:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Felippe Martins Damaceno.pdf: 2428800 bytes, checksum: 84a31bd162b88e351374fbdad8a4d504 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-08 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The generation of float sludge from the slaughter of poultry has increased due to the growing productivity of the sector, especially in Southern Brazil. Anaerobic digestion is a technology that can combine the stabilization of such waste with the generation of a clean and renewable source of energy and a nutrient-rich agricultural input, biogas, and biofertilizer. However, the low C/N ratio of the sludge, as well as the lipid and protein contents, may have an adverse effect on the microorganisms involved in the process, impairing their overall performance. Thus, the objective of this work was to study the anaerobic co-digestion of broiler sludge with increasing amounts of sweet potato as a carbon supplement in batch and semicontinuous trials, exploring the energy and agronomic potential of by-products, stability, and efficiency of the process. The batch assay was conducted in 6.0 L reactors, with 4.5% total solids and room temperature. Six treatments were evaluated in triplicate, which consisted of different proportions of sludge and sweet potato (100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80 and 0:100). The experiment was conducted until the production of biogas ceased. The semi-continuous assay was conducted in tubular reactors of 60.0 L at mesophilic temperature, with a 25-day hydraulic retention time, daily feed containing 4.5% (2.4 L, of which 60% was a digestate recycle and 40% water). In nine reactors and four periods, seven treatments with three replicates were evaluated, varying the amounts of sweet potato and mud (80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, and 20:80). Based on the data obtained in the semi-continuous trial, real-scale scenarios were defined in order to evaluate the economic-financial viability of co-digestion technology between sludge and sweet potato. The batch of the mixture 80% sludge and 20% sweet potato, in addition to accelerating the process, also presented the largest (p4 g L-1), and below 40% sweet potato, the process is partially inhibited by significant acidity accumulation volatile (>10 g L-1) and the high concentration and ammoniacal nitrogen (>2000 mg L-1), probably due to the lipid and protein content of the sludge. All the economic scenarios defined were financially attractive. Finally, it is concluded that anaerobic co-digestion is an interesting alternative for recycling the energy and nutrients contained in the sludge on both environmental and economic perspectives. A geração de lodo de flotador proveniente do abate de frangos de corte tem aumentado em função da crescente produtividade do setor avícola, sobretudo no sul do Brasil. A digestão anaeróbia é uma tecnologia que pode aliar a estabilização de tal resíduo à geração de uma fonte de energia limpa e renovável e um insumo agrícola rico em nutrientes, isto é, o biogás e o biofertilizante. Entretanto, a baixa relação C/N do lodo, bem como os teores de lipídios e proteínas, podem surtir efeitos adversos aos microrganismos envolvidos no processo, prejudicando seu desempenho global. Desta forma, o objetivo deste trabalho consistiu em estudar a codigestão anaeróbia do lodo de abate de frangos com quantidades crescentes de batata-doce como suplemento de carbono em ensaios batelada e semicontínuo, explorando o potencial energético e agronômico dos subprodutos, bem como a estabilidade e a eficiência do processo. O ensaio batelada foi conduzido em reatores de 6,0 L, com 4,5 % de sólidos totais e temperatura ambiente. Foram avaliados seis tratamentos em triplicata, os quais consistiram em proporções (%) distintas de lodo e batata-doce (100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80 e 0:100). O experimento ocorreu até a produção de biogás cessar. O ensaio semicontínuo foi conduzido em reatores tubulares de 60,0 L mantidos em temperatura mesofílica, com tempo de retenção hidráulica de 25 dias, alimentações diárias contendo 4,5% de sólidos totais (2,4 L, dos quais 60% foi reciclo de digestato e 40% água). Em nove reatores e quatro períodos, foram avaliados sete tratamentos com três repetições, variando-se as proporções (%) de batata-doce e lodo (80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70 e 20:80). Com base nos dados obtidos no ensaio semicontínuo, foram definidos cenários em escala real, a fim de avaliar a viabilidade econômico-financeira da tecnologia de codigestão entre o lodo e a batata-doce. A batelada da mistura 80% lodo e 20% batata-doce, além de acelerar o processo, também apresentou os maiores (p 4 g L-1), e abaixo de 40% de batata-doce, o processo é parcialmente inibido por expressivo acúmulo de acidez volátil (> 10 g L-1) e pela elevada concentração de nitrogênio amoniacal (> 2.000 mg L-1), provavelmente oriundos dos lipídios e proteínas do lodo. Todos os cenários econômicos definidos revelaram-se financeiramente atrativos. Por fim, conclui-se que a codigestão anaeróbia é uma alternativa interessante para a reciclagem da energia e dos nutrientes contidos no lodo sobre as perspectivas ambiental e econômica.

Orientador: Maria Teresa Moreira Rodrigues Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: O processo de síntese de amônia completou 100 anos em 2013. Esta foi uma das maiores invenções do século XX. Além disso, este processo possui uma elevada gama de temperaturas e pressões, indo de 1 atm a 300 atm e de 200 K até 800 K (na qual a reação pode ocorrer). A produção de amônia acontece em reatores de 150 a 300 atm e de 600 a 810 K, com 30 % de conversão por passe, pois a reação é altamente exotérmica. Mais ainda, a amônia é um gás polar e hidrogênio é um gás quântico nessas condições. Logo, a predição de composição, temperatura e de pressão dentro de reatores de amônia usando modelos apropriados se faz importante. Muitas leis de reação foram propostas. Porém, muitas dessas expressões usavam atividade química sem computar interações entre os componentes. Dessa forma, a modelagem de reatores de amônia utilizando um modelo termodinâmico rigoroso foi proposta neste trabalho. As expressões de Peng e Robinson e de Soave Redlich Kwong foram usadas na taxa de reação proposta por Singh e Saraf. Dois modos de operação foram modelados: adiabático (no qual a reação não troca calor com a vizinhança) e autotérmico (operando não isotermicamente). A atividade catalítica foi ajustada a modelagem por equações de estado. Os dois modelos de reatores foram comparados com dados de planta reais e apresentaram boa concordância. O modelo adiabático apresentou um erro máximo relativo de 1.6 % com a temperatura e de 11.4 % com a conversão. Por outro lado, o modelo autotérmico teve um erro máximo de 2.7 % com a temperatura. Posteriormente uma análise de sensitividade foi realizada em variáveis de entrada de ambos os modelos. A operação adiabática se mostrou mais sensível à variação de pressão e temperatura, enquanto a autotérmica apresentou maiores conversões e melhor remoção de energia. Na parte final, uma estimativa de propriedades na camada limite mássica foi realizada. Os valores de difusão mássica foram pequenos devido à elevada pressão, contudo a resistência externa à transferência de massa se mostrou significativa. Mesmo assim, a maior resistência no reator de síntese de amônia é interna a partícula catalítica Abstract: Ammonia synthesis process completed 100 years in 2013. It was one of the most important inventions in 20th century. Moreover, the process has a variety of temperatures and pressures, going from 1 atm to 300 atm, and from 200 K to 810 K. The ammonia production takes place in reactors from 150 to 300 atm and 600 to 800 K with 30 % of conversion, because it is highly exothermic. Besides, ammonia is a polar gas and hydrogen is a quantic gas in these conditions. Therefore, the prediction of composition, temperature and pressure inside ammonia converters using appropriate models is important. Furthermore, many reaction rates were proposed for ammonia synthesis. However, most of the expressions used chemical activity without computing compositional interactions between components. So, the modeling of reactors using a rigorous thermodynamic model was proposed. The Peng Robinson and Soave Redlich Kwong expressions were used in Singh and Saraf rate expression. Two modes of operations were modeled: adiabatic (which reaction releases heat without removal) and autothermal (non isothermal operation). The catalyst activity was fitted to EoS modeling. Both models were validated with plant data and they presented good reliability. The adiabatic model presented maximum error of 1.6 % with temperature and 11.4 % with conversion. On the other hand, autothermal model presented maximum error of 2.7 % with temperature. Moreover, the sensitivity analysis of input variables was proposed in both models. The adiabatic operation showed more sensitive to inlet pressure and temperature variations, while the autothermal reactor presented higher conversions and better energy removal. In final part, the estimation of properties in mass boundary layer were made. The values of mass diffusion were low due to high pressure and external resistance was significant. However, when it was compared to internal resistance, the resistance computed by effectiveness factor was dominant in ammonia synthesis reactor Mestrado Sistemas de Processos Químicos e Informática Mestre em Engenharia Química CNPQ 131744/2016-0

Orientador: Edson Tomaz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Os compostos orgânicos voláteis (COV) são poluentes atmosféricos que geram grande preocupação; além de participarem de diversos problemas ambientais também causam danos diretos à saúde humana, fauna e flora. Dentre as alternativas de tratamento está a fotocatálise heterogênea, um processo que permite a total mineralização destes compostos ou sua transformação em outros menos danosos. Apesar do alto potencial e das vantagens desta técnica, sua implantação em larga escala ainda esbarra em algumas dificuldades. Um grande desafio é desenvolver e otimizar reatores fotocatalíticos em escala industrial, os estudos de parâmetros de projetos de reatores nessa área são escassos e dificilmente fornecem informações úteis para o scale up de equipamentos pilotos para a fase industrial. Neste trabalho é proposto o estudo da influência de parâmetros de projeto para desenvolver reatores fotocatalíticos aplicáveis ao tratamento de COV. Utilizou-se um reator cilíndrico com 1 m de comprimento e diâmetro interno de 69 mm em cujo interior centralizou-se um tubo de quartzo de 55 mm de diâmetro interno e uma lâmpada UV-C de 100 W. As camadas catalíticas foram feitas com dióxido de titânio P25 recobrindo diferentes partes do equipamento e as concentrações de entrada e saída foram medidas com um analisador contínuo de hidrocarbonetos totais. Com este sistema base e algumas adaptações foram conduzidos os testes de fotodegradação de n-octano e 2,2,4-trimetilpentano em diferentes situações explorando os parâmetros desejados. A conversão de n-octano pela fotocatálise heterogênea no sistema base foi de 66,1% a 95,8% para a faixa de tempo espacial de 15,3 a 39 segundos; nestes valores a contribuição da adsorção foi de 1,25% em média e a da fotólise de 3,8% para reator de aço inox e de 14,5% para reator de titânio. Uma configuração otimizada resultou em melhoras significativas obtendo conversão de 81,2 a 99,5% na mesma faixa de tempo espacial. Diferentes ensaios comprovaram a existência de limitações decorrentes da resistência à transferência de massa no processo, por isso tanto o modelo cinético de primeira ordem quanto o modelo de Langmuir-Hinshelwood foram bem ajustados ao sistema e são úteis para predizer a concentração de saída do reator, e para seu dimensionamento quando uma determinada conversão for requerida. Quanto à fluidodinâmica, o número de Reynolds caracterizou um escoamento em regime laminar (Remáx < 85) portanto, aumentar a turbulência do reator pode melhorar seu desempenho. Comprovou-se que a conversão de COV é altamente influenciada pela área catalítica irradiada, definindo-se o conceito de tempo espacial modificado, um parâmetro mais adequado para descrever reatores fotocatalíticos do que o usual tempo espacial, que depende somente do volume e da área anulares. Estes resultados são relevantes, pois mesmo com a comprovação das limitações de transferência de massa, ainda foi possível atingir elevadas conversões de COV em baixos tempos espaciais. Aliar alta conversão com baixo tempo espacial (na faixa de dezenas de segundos) é a meta para que seja possível escalonar o reator para níveis industriais, uma vez que isto significa a capacidade de tratar maiores vazões em equipamentos menores Abstract: Volatile organic compounds (VOC) are air pollutants of great concern; besides participating in several environmental problems, they also cause direct damage to human health, fauna and flora. Among the treatment alternatives is heterogeneous photocatalysis, a process that allows the total mineralization of these compounds or their transformation into less harmful ones. Despite the high potential and advantages of this technique, its large-scale implementation still faces some difficulties. A major challenge is to develop and to optimize photocatalytic reactors on industrial scale, studies of reactor design parameters in this area are scarce and hardly provide useful information for the scaling up of pilot equipment to the industrial phase. This work proposes the study of the influence of design parameters to develop photocatalytic reactors for VOC treatment. A cylindrical reactor of 1 m in length and internal diameter of 69 mm was employed and inside of it a 55 mm internal diameter quartz tube and a 100 W UV-C lamp were centered. The catalytic layers were made with P25 titanium dioxide coated on different parts of the equipment and the inlet and outlet concentrations were measured with a continuous total hydrocarbons analyzer. With this base system and some adaptations, n-octane and 2,2,4-trimethylpentane photodegradation tests were conducted in different situations, exploring the desired parameters. The conversion of n-octane by heterogeneous photocatalysis in the base system was from 66.1% to 95.8% for the spatial time range of 15.3 to 39 seconds; in these values adsorption contribution was 1.25% in average and photolysis contribution was 3.8% for stainless steel reactor and 14.5% for titanium reactor. An optimized design resulted in significant improvement achieving from 81.2 to 99.5% conversion in the same spatial time range. Different experiments have proved limitations due to the resistance to mass transfer in the process, so both the first-order kinetic model and the Langmuir-Hinshelwood model were well fitted to the system and are useful for predicting the reactor output concentration, also for their dimensioning when a particular conversion is required. Regarding fluid dynamics, Reynolds number characterized a laminar flow (Remáx < 85) so increasing the turbulence in the reactor can improve its performance. It was verified that VOC conversion is highly influenced by the irradiated catalytic area, defining the concept of modified spatial time, a more suitable parameter to describe photocatalytic reactors than the usual spatial time, which depends only on the volume and the annular area. These results are relevant because even with mass transfer limitations, it was still possible to reach high VOC conversions in low spatial times. Allying high conversion with low spatial time (within tens of seconds) is the goal for scaling up the reactor to industrial levels, since this means the ability to treat higher flows in smaller equipment Doutorado Engenharia Química Doutora em Engenharia Química CAPES 140837/2015-9

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Os polímeros são formados pela união de um grande número de monômeros gerados por reações denominadas polimerizações e têm importância significativa em diversas aplicações. Neste aspecto, atualmente, um importante segmento é o da Engenharia Tecidual associada ao uso de polímeros naturais para a produção, por exemplo, de estruturas utilizadas para estimular o desenvolvimento celular e a regeneração de tecidos do corpo humano. Na prática industrial, as reações de polimerização são conduzidas em reatores com tanque constantemente agitados com diferentes misturas, com controle de tempo, temperatura e pressão. No entanto, reatores industriais são inadequados para o estudo e desenvolvimento de novos materiais poliméricos, uma vez que, diferentes combinações de materiais e parâmetros necessitam ser controlados, de forma precisa, em uma condição modular e em pequena escala. Estes aspectos são de fundamental importância para a geração de produtos inovadores e estão diretamente relacionados com a melhoria de qualidade de vida e redução de custos. Neste trabalho foi desenvolvido e fabricado o protótipo de um novo reator batelada, modular, de pequena escala, automatizado, com sistema operacional simples, considerando volumes pré-determinados de componentes em um ambiente controlado. O reator foi projetado para uma capacidade de 1000 ml e volume de trabalho de 700 ml, podendo associar 03 subprodutos, em condições controladas, no vaso do reator. O protótipo do reator batelada foi desenvolvido em aço inox AISI 304 e liga de alumínio. O vaso do reator possui dimensões de 100 x 150 x 4 mm. A estrutura do vaso do reator, o sistema de agitação e a base foram analisados utilizando modelagem por elementos finitos e mostraram, em condições operacionais, resistência mecânica adequada para suportar as solicitações impostas. O sistema de agitação é composto por três partes desmontáveis onde é possível inserir os componentes, eixo do motor, sensores e pás. A plataforma da base de sustentação do reator possui dimensões 100 x 605 mm e utilizam bombas peristálticas microcontrolados, resistência elétrica tubular com controle digital, agitação mecânica acionada por sistema eletromecânico, placa de aquisição de dados, leitura de sinais analógicos com saída em sinais digitais e módulos eletrônicos de potência para acionamentos dos dispositivos eletromecânicos. Os frascos dos reagentes suportam temperaturas de -18°C até 600°C e são associados a três bombas peristálticas com motor de corrente continua DC acionados por transistor bipolar e sinal digital controlado por software supervisório, SCADA (Supervisory Control and Acquisition Data System) que possibilita o controle do tempo de trabalho de cada motor. As pás são interligadas a um motor de passo eletromecânico bipolar acionado por drive de controle e sinal digital enviado pelo microcontrolador controlado pelo software supervisório SCADA. Utiliza bombas de pistão com diafragma com motor elétrico acionado por sinal digital também controlada pelo software supervisório. O aquecimento é feito pela resistência elétrica com revestimento de cerâmica acionada por meio de sinal PWM. Um sensor de temperatura tipo K, com conversor analógico digital, é utilizado para o monitoramento da temperatura de trabalho sendo acionado por comunicação com o PIC e controlado pelo software supervisório. O caráter inovador deste novo reator tipo batelada é baseado em um sistema operacional com tecnologias direcionadas para a supervisão, controle, monitoramento e aquisição de dados. Através deste sistema é possível modificar os processos de polimerização, reduzir os tempos de reprodução das amostras. O protótipo foi fabricado e foram realizadas calibrações iniciais dos diversos sensores Abstract: The polymers formed by monomers union created through chemical reactions called polymerizations in several applications have significant importance. In this aspect, currently an important segment is the Tissue Engineering Area associated to the use of natural polymers for the cells structures production, for example, used to stimulate cellular development and human body tissues regeneration. Polymerization reactions at industries in constantly stirred tank reactors with different mixtures, with time, temperature and pressure control are conducted. Study and development of new polymeric materials are unsuitable like industrial reactors due to different materials and parameters combinations that need to be accurately controlled in a modular and small scale condition. Therefore, the innovative products generation to the improvement of quality of life and costs reduction are directly related. A batch reactor prototype characterized to small scale, automated, modular, simple operating system and manufactured considering pre-determined volumes of components in a controlled environment was developed. The reactor to 1000 ml capacity and 700 ml workload able to associate 03 by-products under controlled conditions in the reactor recipient are designed. The batch reactor prototype was developed in AISI 304 stainless steel and aluminum alloy. The reactor vessel has dimensions of 100 x 150 x 4 mm. The reactor vessel structure, the agitation system and the base were analyzed using finite element modeling and under operational conditions showed mechanical resistance to withstand the imposed demands. The agitation system uses three removable parts being able to insert the components, motor shaft, sensors and blades. The reactor support base has 100 x 605 mm dimensions and use controlled peristaltic pumps, tubular electrical resistance and digital control, mechanical agitation driven by electromechanical system, data acquisition board, reading of analog signals with output in digital signals and electronic power modules for drives of electromechanical devices. The reagent flasks withstand temperatures of -18 ° C to 600 ° C and are associated with three DC-powered peristaltic pumps powered by bipolar transistors and digital signal controlled by supervisory software, SCADA (Supervisory 11 Control and Acquisition Data System) that allows the working time of each motor. The blades are interconnected to a bipolar electromechanical step motor driven by control drive and digital signal sent by the microcontroller controlled by the SCADA supervisory software. It uses piston pumps with diaphragm and electric motor driven by digital signal also controlled by supervisory software. The heating is done by electric resistance with ceramic coating driven by means of PWM signal. A K-type temperature sensor with analogue digital converter is used for the temperature monitoring being triggered by communication with the PIC and controlled by the supervisory software. The innovative character for the batch reactor works to an operating system with technologies directed to the supervision, control, monitoring and acquisition of data is based on being possible to modify the polymerization processes and reduce the specimen time. The prototype was fabricated and initial calibrations of the various sensors were carried out Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestra em Engenharia Mecânica CAPES 88887.091032/2014-01

Trickle bed reactors are widely used in industry, especially for heterogeneous catalytic systems as in hydroprocessing units (HDR). The optimization of existing units or the design of new reactors is based on data obtained in laboratory scale units. The bed loading procedure has been one of the main concerns between researches due to its influence on data. The main goal of the proposed methodology here is to characterize the bed packing through a constant, which is strongly related to the bed packing condition, obtained from differential pressure data from single phase flow experiments. In this study four packing procedures have been evaluated that have been proposed based on important variants such as vibration, the internal distribution and the dilution material’s particle size. The results have shown that all packing procedures are reproducible and confirmed that all the packing variants evaluated have led to different bed conditions. The differential pressure data was evaluated using Ergun’s equation in the original version and in the adjusted one, which is obtained replacing the first term constant, thus it was seen a substantial improvement in the results using the adjusted model. The four packings have been modeled using CFD. It was found a good agreement between the experimental data with the Brinkman equation. Furthermore, the proposed model has shown sensitivity to describe the packing behavior under different porosity and particle size condition. Reatores de leito gotejante são amplamente utilizados na indústria, principalmente em sistemas catalíticos heterogêneos como no processo de hidrorrefino (HDR). A otimização operacional desses reatores ou o projeto de novas unidades é fundamentado em dados experimentais obtidos em escala reduzida, por exemplo, em unidades piloto. O carregamento destes reatores tem recebido bastante atenção da comunidade científica, visto a sua importância na obtenção de dados confiáveis. A metodologia proposta neste trabalho propõe caracterizar o leito catalítico através da obtenção de uma constante característica, intrínseca ao carregamento que está relacionada com o grau de empacotamento, a partir de experimentos em fluxo monofásico para medição do diferencial de pressão no leito. Foram avaliadas quatro formas distintas de carregar o reator propostas a partir de variáveis relevantes como a vibração, a distribuição do fluido e a granulometria do diluente. Os resultados indicaram que os procedimentos apresentam boa reprodutibilidade e que as variações impostas acarretaram em carregamentos diferentes. Foram realizadas estimativas do diferencial de pressão no leito através do modelo de Ergun em sua forma original e na forma ajustada, com a substituição pela constante característica determinada experimentalmente, e visto que os erros observados nas estimativas são reduzidos com o ajuste. Os carregamentos foram modelados através de CFD onde foi observada boa concordância do modelo de Brinkman com os dados experimentais, além disso, o modelo proposto apresentou sensibilidade ao representar o comportamento do sistema frente à variação da porosidade e do diâmetro de partícula do leito.

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Determinou-se as atividades de hidrólise e de esterificação das lipases empregadas. Utilizou-se um planejamento de experimentos (DCCR- Central Composite Rotatable Design) para verificar a influência de razão molar e temperatura sobre o grau de incorporação (GI) do ácido graxo de cadeia média. Por fim fez-se a caracterização hidrodinâmica do reator de leito fixo e/ou empacotado. Resultados: os resultados mostraram que as matérias primas estão dentro dos padrões de especificação (0,6 mg KOH/g para acidez e 10 meq/kg para peróxido), fornecendo valores semelhantes, independentemente do óleo analisado. Os óleos foram ainda caracterizados quanto à composição em ácidos graxos por cromatografia gasosa. Ambos apresentaram altas quantidades de ácidos graxos insaturados, ressaltando-se o essencial ácido linoleico (C18:2n6). Em seguida, foram efetuadas reações de acidólise, visando-se à seleção do ácido graxo e do biocatalisador. Para o óleo de uva, foram obtidos valores de grau de incorporação (GI, %) que variaram de 23,62±1,34 a 34,53±0,05%. Os melhores resultados foram obtidos empregando-se C10 como ácido graxo e a lipase Lipozyme RM IM (34,53±0,05%). Para o óleo de algodão, os melhores resultados de GI também foram obtidos empregando-se C10:0 e a lipase Lipozyme RM IM (36,63±0,23%), e o GI variou de 22,92±4,35 a 36,63±0,23%. Finalmente, realizou-se um planejamento de experimentos (DCCR) que avaliou a influência de razão molar e temperatura sobre o grau de incorporação, observando-se que apenas razão molar obteve influência significativa sobre o grau de incorporação. Com relação às reações de acidólise em leito fixo, estas foram conduzidas empregando-se tempo espacial de 1 hora, e o GI máximo foi em torno de 35% para ambos os óleos. Conclusão: diante do exposto, foi possível sintetizar triglicerídeos dietéticos do tipo MLM a partir dos óleos de semente de uva e algodão, utilizando reatores de tanque agitado e leito fixo. Objective: the objective of the present work was the enzymatic synthesis of structured lipids from grape and cottonseed oils, specifically the MLM type dietary triglycerides, that is, those with medium chain fatty acids (M), in positions sn-1 and sn-3, and long-chain (L), in the internal position of the triacylglycerol molecule. Methods: The raw materials (grape and cottonseed oils) and the modified TAGs (triglycerides) were characterized in relation to the acid, peroxide, fatty acid profile by gas chromatography and the sn-2 position determination. The hydrolysis and esterification activities of the lipases employed were determined. A DCCR (Central Composite Rotatable Design) was used to verify the influence of molar ratio and temperature on the degree of incorporation (ID) of the medium chain fatty acid. Finally, the hydrodynamic characterization of the fixed bed reactor and / or packaged was performed. Results: The results showed that the raw materials are within the specification standards (0.6 mg KOH / g for acidity and 10 meq / kg for peroxide), providing similar values regardless of the oil analyzed. The oils were further characterized for fatty acid composition by gas chromatography. Both presented high amounts of unsaturated fatty acids, emphasizing the essential linoleic acid (C18: 2n6). Then, acidolysis reactions were carried out, aiming at the selection of the fatty acid and the biocatalyst. For the grape oil, values of degree of incorporation (ID,%) ranging from 23.62±1.34 to 34.53±0.05% were obtained. The best results were obtained using C10:0 as fatty acid and Lipozyme RM IM lipase (34.53 ± 0.05%). For cotton oil, the best ID results were also obtained using C10 and Lipozyme RM IM lipase (36.63 ± 0.23%), and ID ranged from 22.92 ± 4.35 to 36.63 ± 0.23%. Finally, an experiment planning (DCCR) was carried out, which evaluated the influence of molar ratio and temperature on the degree of incorporation, observing that only molar ratio had a significant influence on the degree of incorporation. In relation to the fixed bed acidolysis reactions, these were conducted using 1 hour spatial time, and the maximum ID was around 35% for both oils. Conclusion: in view of the above, it was possible to synthesize MLM type dietary triglycerides from the grape and cottonseed oils, using batch and fixed bed reactors. CNPq: 446371/2014-9

Orientador: Rogério Gonçalves dos Santos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O presente trabalho visa apresentar um estudo de medições da velocidade de chama laminar para misturas: ar/etanol e ar/n-butanol, apresentado nas literaturas como um simulacro de biodiesel, para ar/n-decano, apresentado nas literaturas como simulacro de querosene, ou como o principal componente de simulacros de diesel, e para ar/n-butanol/etanol com diferentes concentrações de n-butanol (em volume). Para os combustíveis primários (combustíveis puros) etanol, n-butanol e n-decano: como primeira parte, foram comparados os dados medidos da velocidade em função da razão de equivalência com dados experimentais de literatura e dados obtidos por simulações numéricas (chama 1-D pré-misturada). As condições iniciais de teste e simulação foram de 100 kPa de pressão e 400 K de temperatura em função da razão de equivalência no intervalo 0,6 - 1,4 com passo de 0,1. Os dados medidos da velocidade de chama laminar se aproximaram com dados experimentais encontrados na literatura, além disso, os dados simulados também deram boa aproximação com os dados medidos. Como segunda parte, foram feitos ensaios com 100 kPa de pressão inicial e razão de equivalência fixa e igual a 1,0 em função da temperatura inicial no intervalo 300 - 400 K com passo de 25 K. Os dados medidos da velocidade de chama laminar aumentam com o aumento da temperatura da mistura inicial. Para o caso do combustível binário (mistura de dois conbustíveis puros) n-butanol/etanol, com as seguintes concentrações: o B20 (20 % de n-butanol e 80 % etanol), B40 (40 % de n-butanol e 60 % etanol), B60 (60 % de n-butanol e 40 % etanol) e B80 (80 % de n-butanol e 20 % etanol), as medições da velocidade foram feitos com temperatura e pressão inicial de 400 K e 100 kPa respectivamente, em função da razão de equivalência no intervalo 0,8 - 1,3 com passo de 0,1. Os dados medidos da velocidade de chama laminar em função da razão de equivalência diminuíram com o aumento da concentração do n-butanol, além disso, a mesma tendência ocorreu com os dados de simulação para as condições de teste Abstract: The present work aims to present a study of the laminar flame velocity measurements for blends: air/ethanol and air/n-butanol, presented in the literature as a simulacrum of biodiesel, for air/n-decane, presented in the literature as simulacrum of kerosene, or as the main component of diesel simulations, and for ar/n-butanol/ethanol with different concentrations of n-butanol (by volume). For the primary fuels (pure fuels) ethanol, n-butanol and n-decane: as a first part, the measured data of the velocity as a function of the equivalence ratio were compared with experimental literature data and data obtained by numerical simulations (1-D pre-mixed flame). The initial conditions of test and simulations were of 100 kPa of pressure and 400 K of temperature as a function of the equivalence ratio in the range 0.6 - 1.4 with step of 0.1. The measured data of laminar flame velocity approached with experimental data found in the literature; in addition, the simulated data also gave good approximation with the data measured. As a second part, tests with 100 kPa of initial pressure and a fixed equivalence ratio of 1.0 were performed as a function of the initial temperature in the 300 - 400 K range with a 25 K step. The measured data of laminar flame velocity increase with the temperature of the initial mixture increasing. For the case of the binary fuel (mixture of two pure fuels) n-butanol/ethanol, with the following concentrations: B20 (20 % n-butanol and 80 % ethanol), B40 (40 % n-butanol and 60 % ethanol), B60 (60 % n-butanol and 40 % ethanol) and B80 (80 % n-butanol and 20 % ethanol), the velocity measurements were made at the initial temperature and pressure of 400 K and 100 kPa respectively, as a function of the equivalence ratio in the range 0.8 - 1.3 with step of 0.1. The measured data of the laminar flame velocity as a function of the equivalence ratio decreased with increasing n-butanol concentration, in addition, the same trend occurred with the simulation data for the test conditions Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Waldir Antonio Bizzo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo matemático e um programa computacional para o projeto de reatores autotérmicos de pirólise rápida oxidativa de biomassas, utilizando a tecnologia de leito fluidizado borbulhante e a injeção de ar como gás de fluidização. Foi adotado um modelo cinético de pirólise com dois estágios, levando-se em conta a formação de produtos primários e reações secundárias dos vapores pirolíticos. O modelo é unidimensional e os processos ocorrem em regime permanente. O ambiente oxidativo permitiria a combustão de parte dos vapores de pirólise primários, liberando a energia térmica necessária para aquecer o gás de fluidização até a temperatura do leito, para manter o leito na temperatura do processo e aquecer rapidamente as partículas de biomassa, de modo que pudessem ocorrer as reações de pirólise. Os resultados obtidos pelo programa demonstraram a forte influência da variação dos parâmetros cinéticos adotados, especialmente da energia de ativação da reação 2 do modelo cinético (biomassa - bio-óleo), sobre os rendimentos dos produtos líquidos, sólidos e gasosos da pirólise. Para a validação do programa, foram feitas simulações de pirólise oxidativa para palha de cana-de-açúcar e folhas de bananeira, cujos resultados foram posteriormente comparados com dados experimentais. As alterações nos parâmetros operacionais do processo, como temperatura do leito e tempo de residência dos vapores no reator, implicaram o efeito esperado sobre os resultados. A elevação da temperatura, assim como a do tempo de residência, resultou na redução do rendimento de produtos líquidos, e nos aumentos do rendimento de produtos gasosos, do percentual de ar estequiométrico e da velocidade superficial dos gases. Os rendimentos dos produtos sólidos quase não se alteraram com as variações nos tempos de residência dos vapores, mas diminuíram com o aumento da temperatura. Tanto o diâmetro quanto a altura do reator elevaram-se com o acréscimo do tempo de residência dos vapores Abstract: The objective of this work was to develop a mathematical model and a computational program for biomass fast oxidative pyrolysis autothermal reactors design, using bubbling fluidized bed technology and injection of air as fluidizing gas. A two-stage pyrolysis kinetic model was adopted, taking into account the formation of primary products and secondary reactions of pyrolytic vapors. The model is one-dimensional and the processes occur in steady state. The oxidative environment would allow the combustion of part of the primary pyrolysis vapors, releasing the necessary thermal energy to heat the fluidizing gas to the bed temperature, to keep the bed at the process temperature and to heat the biomass particles rapidly, so that pyrolysis reactions might occur. The results obtained from the program demonstrated the strong influence of the kinetic parameters, especially the activation energy of reaction 2 of the kinetic model (biomass to bio-oil), on the yields of liquid, solid and gaseous products from pyrolysis. For validation of the program, oxidative pyrolysis simulations were made for sugarcane straw and banana leaf, whose results were compared with experimental data. Changes in the operational parameters of the process, such as bed temperature and residence time of vapors in the reactor, involved the expected effect on the results. The increase in temperature, as well as in vapors residence time, resulted in a reduction of liquid products yields, and in increases of gaseous products yields, stoichiometric air percent and superficial velocity of gases. The solid products yields remained almost unchanged with variations in vapors residence time, but decreased with growing temperature. Both reactor diameter and height grew with the increment of the vapors residence time Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica CAPES 33003017

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Electrodeposition of a PbO2 film was performed onto reticulated vitreous carbon (RVC) substrates with porosities of 45, 60, and 80 ppi, at 65 ºC in a flow reactor, starting with a solution containing Pb(NO3)2, surfactant, and HNO3. Investigation was made of the effects of current density and electrodeposition time on the coverage and uniformity of the PbO2 film formed. The electrodes were characterized using scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and linear potential scanning. The use of high currents resulted in the formation of thick films in regions close to the counter-electrode, which compromised film adhesion, while the application of lower currents ensured a uniform and adherent PbO2 coating. In tests of the decoloration of AR 19 dye using the best electrodes produced, better performance was achieved using RVC/PbO2, compared to VC/PbO2, due to the greater specific surface area and increased hydrodynamic turbulence caused by the tridimensional substrate, which increased the mass transport coefficient and therefore enhanced the degradation process. The optimum conditions for use of the RVC/PbO2 electrode were 3.5 mA cm-2 and 30 minutes of electrosynthesis. Electrochemical degradation of the herbicide was performed using the 60 ppi RVC/PbO2 electrode in a flow reactor. Box-Behnken design was used to study the effects of current density, flow, and temperature on the kinetics of degradation (COD) and mineralization (TOC), current efficiency (ε), and energy consumption (η). The best degradation and mineralization kinetics values were obtained with the upper limits of the variables studied (30 mA cm-2, 150 mL min-1, and 50 oC). Increasing the flow rate from 150 to 1500 mL min-1 increased εG from 18% to 65%, and decreased ηG from 72 to 33 kWh kg-1, reflecting a higher mass transport coefficient. In comparative tests, using degradation of the herbicide and phenol, the performance of the RVC/PbO2 electrode was slightly lower than that of a boron-doped diamond (BDD) electrode. Considering that the RVC/PbO2 device is less expensive than DDB electrodes, it can be concluded that this tridimensional electrode is promising for use in the degradation of organic pollutants. Realizou-se a técnica de eletrodeposição do filme de PbO2 sobre o substrato de carbono vítreo reticulado (CVR) com porosidades de 45, 60 e 80 ppi, partindo-se da solução contendo Pb(NO3)2, surfactante e HNO3, a 65ºC, em reator de fluxo, investigando-se o efeito da densidade de corrente e do tempo de eletrodeposição sobre a cobertura e uniformidade do filme de PbO2 formado. Os eletrodos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios X e varredura linear de potencial. A aplicação de correntes elevadas levou à formação de filmes espessos nas regiões próximas ao contra-eletrodo, comprometendo a aderência do filme, porém, a aplicação de correntes mais baixas garantiram um recobrimento de PbO2 uniforme e aderente. Os resultados da descoloração do corante AR 19 usando os melhores eletrodos produzidos revelaram um desempenho superior do CVR/PbO2 em relação ao CV/PbO2, devido à maior área superficial específica e o aumento da turbulência hidrodinâmica proporcionadas pelo substrato tridimensional, causando um aumento do coeficiente de transporte de massa e, consequentemente, uma melhoria do processo de degradação. A condição ótima do CVR/PbO2 foi obtida utilizando o eletrodo de 60 ppi, sintetizado a 3,5 mA cm-2 e 30 minutos, resultando um aumento na cinética de descoloração do corante AR 19 de 70%. Realizou-se a degradação eletroquímica do herbicida glifosato em um reator de fluxo e aplicando-se o planejamento Box-Behnken; estudou-se a densidade de corrente, vazão e temperatura sobre as cinéticas de degradação (DQO) e mineralização (COT), eficiência de corrente (ε) e consumo energético (η). Os melhores valores de cinética de degradação e mineralização ocorreram para os limites superiores das variáveis estudadas (30 mA cm-2, 150 mL min-1 e 50 oC). Aumentando-se a vazão de 150 para 1500 mL min-1 houve aumento da eficiência de corrente global (18% para 65%) e diminuição do consumo energético global (72 para 33 kWh kg-1) evidenciando a importância do aumento do coeficiente de transporte de massa. Comparando-se o CVR/PbO2 com o diamante dopado com boro (DDB) na degradação do glifosato e do fenol, concluiu-se que o CVR/PbO2 apresentou resultados semelhantes à degradação com DDB, e, considerando que o CVR/PbO2 possui um custo inferior ao DDB, conclui-se que o eletrodo tridimensional mostra-se promissor para a utilização em degradação de poluente orgânicos.

Orientadores: Reginaldo Guirardello, Lorenz T. Biegler Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A otimização é uma ferramenta fundamental que ajuda na tomada de decisões em processos químicos por meio de abordagens assistidas por computador. Na atualidade, o etileno é um insumo fundamental para a indústria química e petroquímica, tendo em vista que se trata de matéria-prima na obtenção de produtos de alto valor agregado. A principal fonte de etileno é o craqueamento de compostos derivados de hidrocarbonetos, mas a busca por processos alternativos para produção de etileno a partir de fontes mais baratas tem-se tornando atraente nas últimas décadas. Uma das rotas alternativas promissórias para a produção de etileno é o acoplamento oxidativo de metano. Porém, essa é uma rota desafiante já que apresenta limitações associadas ao rendimento. Assim, técnicas de otimização são ferramentas valiosas para melhorar as condições de operação do acoplamento oxidativo do metano e, por conseguinte, superar as limitações associadas ao rendimento do processo. Dentro desse contexto, a presente tese de doutorado, explora uma análise teórica da produção de etileno a partir do acoplamento oxidativo do metano em um reator de leito de jorro. Por outro lado, um modelo matemático preciso é crucial em simulação e otimização de processos. O desenvolvimento de computadores mais rápidos e potentes, e solvers numéricos melhorados, têm permitido resolver problemas de maior complexidade e tamanho. Ainda assim, é comum encontrar modelos mais simples em otimização, já que o uso de modelos rigorosos está associado a um alto tempo de processamento (CPU), tornando inviável a implementação desse tipo de modelos em qualquer tipo de otimização na atualidade. Esse fato, indica que ainda há um trade-off entre modelos rigorosos e mais lentos quando comparados aos modelos simplificados e de menor precisão. O objetivo principal desse trabalho é aplicar técnicas de otimização a um modelo simplificado de um reator catalítico de leito de jorro modificado para maximizar o rendimento do etileno via acoplamento oxidativo do metano. O projeto é de caráter teórico-computacional, utilizando software de otimização especializado (GAMS). Por conseguinte, foi proposta uma estratégia de optimização restrita por um sistema de equações algébrico-diferenciais. A fim de demostrar a capacidade computacional da estratégia, a metodologia formulada foi aplicada a três estudos de caso de sistemas envolvendo reações, os modelos para os dois primeiros estudos de caso foram tomados da literatura, enquanto que para o caso 3, o modelo foi desenvolvido aplicando leis de conservação. O primeiro estudo de caso é um reator de amônia, o qual requer a obtenção de um comprimento do reator ótimo com máximo retorno econômico. O segundo caso, é um reator de craqueamento de etano para produzir etileno e hidrogénio. O terceiro estudo de caso, é o reator de leito de jorro proposto, para levar a cabo o acoplamento oxidativo de metano. O modelo desenvolvido para esse reator é unidimensional composto por balanços de massa, energia e quantidade de movimento. Esses modelos junto com os respectivos modelos cinéticos de cada estudo de caso, formam sistemas de equações algébrico-diferenciais não lineares. Assim, esse complexo sistema de equações é discretizado usando o método de colocação ortogonal em elementos finitos com perfis contínuos aproximados por polinômios de Lagrange. As equações de colocação resultantes são escritas como restrições de igualdade no problema de otimização. O solver que foi usado para resolver a otimização é o IPOPT, o qual foi implementado em GAMS. Uma rotina de inicialização sistemática baseada em simulações foi realizada como uma alternativa prática para garantir a convergência global nos casos de otimização. Restrições de complementaridade também foram utilizadas para modelar descontinuidades em algumas funções definidas por partes como aquela encontrada no modelo de arrasto do leito de jorro Abstract: Optimization is a fundamental tool that helps with decision making in chemical processes using computer-aided approaches. Today, ethylene is an essential input used in chemical and petrochemical industry to produce a wide variety of more high value-added industrial products. Ethylene is commercially produced by thermal cracking of feedstocks derived from hydrocarbons, but alternative processes for ethylene production from cheaper sources are encouraged in recent decades. One of the promising alternative routes to produce ethylene is the oxidative coupling of methane. However, this is a challenging route because it presents limitations associated with the yield. Optimization techniques are valuable tools to improve the operating conditions of the oxidative coupling of methane, and to overcome the drawback associated with the yield of the process. In this context, the current Ph.D. thesis explores a theoretical analysis of ethylene production from oxidative coupling of methane in a spouted bed reactor. On the other hand, accurate mathematical models are essentials for both process simulation and optimization. Today, very complex and large problems in chemical engineering can be solved efficiently and accurately due to the development of powerful computers and improved numerical solvers. Still it is common to use simpler models in optimization since rigorous models lead to a significant CPU time consuming making impractical the implementation of this kind of models in any optimization nowadays. This fact indicates that there is still a trade-off between rigorous and slower models when compared with simplified and less accurate models. The main goal of this work is to apply optimization techniques to a simplified model of a modified spouted bed catalytic reactor to maximize the ethylene yield via oxidative coupling of methane. The project is theoretical and computational, using specialized optimization software (GAMS). In this way, a comprehensive model-based DAE-constrained optimization strategy is proposed, which was applied to three case studies of reacting systems to illustrate the computational capability of the proposed formulation. The models for the first two case studies were taken from literature while the model for the third case was developed applying conservation laws. The first case is an ammonia reactor, which requires obtaining the optimal reactor length with maximum economic return. The second case is a cracking reactor of ethane to make ethylene and hydrogen. The third case study deals with the main proposal of this thesis, a spouted bed reactor to carry out the oxidative coupling of methane. The model developed for this last reactor is a one-dimensional model composed of material, energy, and momentum balances. All of these reactor models along with the kinetic models of each case constitute non-linear and differential-algebraic systems. These complex differential-algebraic equations are discretized using orthogonal collocation on finite elements with continuous profiles approximated by Lagrange polynomials. The resulting algebraic collocation equations are written as equality constraints in the optimization problem. The optimization problem is solved by implementing the IPOPT solver within the GAMS optimization-modeling platform. A systematic initialization routine based on model simulations was carried out as a practical alternative to guarantee the global convergence in optimizations. Complementarity constraints were also used to model switches in some piecewise-defined functions such as the function found in the drag model for the spouted bed Doutorado Desenvolvimento de Processos Químicos Doutor em Engenharia Química FAPESP 2011/22800-3, 2013/14896-6 CNPQ 141009/2012-8

Orientador: Milton Mori Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: O hidrocraqueamento de frações pesadas é uma opção de processo extremamente flexível para converter hidrocarbonetos de alto peso molecular em produtos de alto valor comercial. Nesta pesquisa, investigou-se numericamente as características fluidodinâmicas de reatores leito de lama operando sob diferentes regimes de escoamento, concentrações de sólidos particulados, altas pressões, altas temperaturas empregando a técnica CFD. Num primeiro momento, uma análise fluidodinâmica preliminar foi realizada. Nesta, empregou-se a abordagem de duas classes de bolhas para representar a fase gás. Três diferentes casos testes são utilizados para comparar o modelo numérico com dados experimentais, e validar os modelos e a metodologia proposta. Os resultados numéricos mostram boa concordância com os dados experimentais para os perfis de fração volumétrica de gás e velocidade da fase líquida. O modelo permite prever de maneira eficaz o comportamento fluidodinâmico de coluna de bolhas em uma ampla faixa de condições operacionais. Então, esse modelo foi utilizado para simulação do processo de hidrocraqueamento onde avaliaram-se os efeitos da temperatura, quantidade de catalisador e quantidade de gás alimentada sobre a fluidodinâmica e reações, em um contexto estatístico, para determinação das condições operacionais ótimas. Observou-se que a temperatura aumenta a conversão e a produção de compostos leves. A maior quantidade de catalisador promove a formação de compostos leves, enquanto a menor vazão de gás na coluna incrementa a conversão. Em síntese, a metodologia proposta neste trabalho mostrou-se adequada para reproduzir o comportamento fluidodinâmico de reatores leito de lama operando em meio reacional Abstract: The hydrocracking of heavy fractions is an extremely flexible process to converting hydrocarbons with high molecular weight in high commercial value products. In this research, a numerical investigation of the fluid dynamic characteristics of slurry phase reactors operating at different flow regimes, solids concentrations, high pressures and high temperatures using the CFD technique. At first, preliminary fluid dynamics analysis was performed. In this, its used the two bubbles class approach to represent the gas phase. Three different test cases are used to compare the numerical model with experimental data, and validate the models and the methodology proposed. The numerical results show good agreement with the experimental data for the volume fraction and gas velocity of the liquid phase profiles. The model can predict effectively the fluid dynamic behavior of bubble column in a wide range of operating conditions. Then, this model was used to simulate the hydrocracking process, which evaluated the effects of temperature, catalyst consentration and the gas flow rate to the fluid dynamic and reactions in a statistical context, to determine the optimal operating conditions. It was observed that the temperature increases the conversion and the production of lighter compounds. Increased the amount of catalyst promoting formation of lighter compounds, while the smaller gas flow in the column increases the conversion. In summary, the methodology proposed in this study was adequate to reproduce the fluid dynamic behavior of mud bed reactors operating in the reaction medium Doutorado Engenharia Química Doutor em Engenharia Química

Anaerobic digestion is a process of biological treatment of organic matter under microbial action in biodigesters. The absence of oxygen allows the production of biogas, a mixture composed of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), through a process composed of four phases: hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis. The objective of this work was to study the anaerobic digestion process in the treatment of solid organic wastes of the University Restaurant (UR) of the Federal University of Paraíba (UFPB) - campus I, in laboratory scale. The methodology followed a line of studies that was initially organized by the diagnosis, collection and characterization of the organic solid waste (OSW) of the UFPB - campus I; And anaerobic sludge from effluent treatment plant (ETP) Mangabeira, João Pessoa-PB, and Federal Institute of Paraíba (IFPB) - Cabedelo campus, which were used as inoculants; Starting and monitoring of experimental reactors; And treatment of the data obtained. The samples were incubated, following the Biochemical Methane Potential (BMP) test, in glass bottles with lid and septum, hermetically sealed. Three assays were performed and all were maintained at 35±5°C for 90 days in an incubator without agitation, with periodic monitoring of temperature, pressure and humidity. The potential of the inoculum in its wet and dehydrated aspect was studied. In addition, it was decided to add glucose in some reactors. At 60 and 90 days, the reactors were removed for the physical and chemical characterization of the degraded medium. The Organic Fraction of Urban Solid Waste (OFUSW) presented 51,8% of in-nature residues, and pH within the acidity range, 3.8 and 5.5. The inoculums tested showed organic matter loading of 18,1±2,6; pH between 6,8 and 7,8 and water content, between 92 and 99,8%, results that fit the process. At 90 days, some reactors presented mass losses, those composed by OSW and fresh anaerobic sludge from ETP Mangabeira, RSOLF (test I), RSOLG (test II) and RSOLGETE (test III), lost 2,95g, 55g and 1,52g, respectively. It was observed that glucose in the reactor composition was shown to be useful for the initial feeding and development of the bacteria. From the biogas production curves of the reactors with glucose in the three tests, it can be observed that the reactors that had the fresh sludge, as inoculum in their composition, produced more gases during the period of the research. Samples from trial III, RSOLETE and RSOLGETE, presented the best values of methane production, with 43,55% and 30,98%, respectively, at 90° day. Thus, the BMP test proved to be efficient in the treatment of organic solid waste and biogas production, and it was possible to observe a larger biogas production in the reactors that had sludge from the anaerobic lagoon of the ETP Mangabeira as inoculum. Nenhuma A digestão anaeróbia é um processo de tratamento biológico da matéria orgânica sob a ação microbiana em biodigestores. A ausência de oxigênio permite a produção de biogás, mistura composta por metano (CH4) e gás carbônico (CO2), através de um processo composto por quatro fases: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. O presente trabalho buscou estudar o processo de digestão anaeróbia no tratamento dos resíduos sólidos orgânicos do Restaurante Universitário (RU) da Universidade Federal da Paraíba (UFPB) – campus I, em escala laboratorial. A metodologia seguiu uma linha de estudos que se organizou inicialmente pelo diagnóstico, coleta e caracterização dos resíduos sólidos orgânicos (RSO) do RU da UFPB – campus I; e dos lodos provenientes das Estações de Tratamento de Esgotos (ETE) de Mangabeira, João Pessoa-PB e do Instituto Federal da Paraíba (IFPB) – campus Cabedelo, que foram utilizados como inoculos; partida e monitoramento dos reatores experimentais; e tratamento dos dados obtidos. As amostras foram incubadas, seguindo o teste Potencial Bioquímico de Metano (BMP), em frascos de vidro com tampa e septo, hermeticamente fechados. Foram realizados 3 ensaios e todos foram mantidos a 35±5°C, durante 90 dias, em uma incubadora e sem agitação, com monitoramento periódico da temperatura, pressão e umidade. Estudou-se o potencial do inóculo em seu aspecto úmido e desidratado. Além disso, optou-se por adicionar glicose em alguns reatores. Ao atingir 60 e 90 dias, retirou-se os reatores para a caracterização física e química do meio degradado. A Fração Orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos (FORSU) apresentou 51,8% de resíduos in natura, e pH dentro da faixa da acidez, 3,8 e 5,5. Os inóculos testados mostraram carga de matéria orgânica de 18,1 ± 2,6; pH entre 6,8 e 7,8 e teor de água, entre 92 e 99,8%, resultados que os enquadraram ao processo. Aos 90 dias, alguns reatores apresentaram perdas consideráveis de massa, em destaque aqueles compostos por RSO e lodo anaeróbio fresco da ETE Mangabeira, denominado RSOLF (ensaio I), RSOLG (ensaio II) e o reator com lodo fresco com glicose, RSOLGETE (ensaio III), os quais perderam 2,95g, 3,55g e 1,52g, respectivamente. Observou-se que a glicose na composição dos reatores, mostrou ser útil para a alimentação inicial e desenvolvimento das bactérias. A partir das curvas da produção do biogás dos reatores com glicose nos três ensaios, pode-se observar que os reatores que tinham o lodo fresco, como inóculo em sua composição, produziram mais gases durante o período da pesquisa. As amostras, do ensaio III, RSOLETE e RSOLGETE, apresentaram os melhores valores de produção de metano, com 43,55% e 30,98%, respectivamente, ao 90° dia. Com isso, o teste BMP mostrou-se eficiente no tratamento de resíduos sólidos orgânicos e produção de biogás, sendo possível observar maior produção de biogás nos reatores que tiveram em sua composição lodo da lagoa anaeróbia da ETE de Mangabeira como inóculo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015 Este trabalho teve como objetivo estudar um reator em bateladas sequenciais com grânulos aeróbios (RBSG) em escala piloto utilizado para tratar esgoto sanitário. Estudos têm revelado os RBSG como uma tecnologia promissora para o tratamento de efluentes, com biomassa de ótima sedimentabilidade e ampla diversidade microbiana. O tratamento da matéria carbonácea e de nutrientes é efetuado em um único tanque, em ciclos operacionais, gerando um efluente final de alta qualidade. O óxido nitroso (N2O) é um dos principais gases contribuintes para o efeito estufa antrópico, com potencial de aquecimento global cerca de 296 vezes superior ao do CO2. Por isso, a quantificação da emissão de N2O por sistemas biológicos de tratamento de efluentes vem ganhando destaque em pesquisas recentes. Nesse contexto, foi feita uma avaliação do desempenho do reator quanto à eficiência do tratamento e quanto às conversões das diferentes formas de nitrogênio no tratamento de esgoto sanitário. O reator foi inoculado com lodo ativado convencional de uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) e foram aplicadas condições seletivas (força de cisalhamento provocada pela aeração e reduzido tempo de sedimentação) para favorecer a formação dos grânulos aeróbios e o wash-out das partículas de menores dimensões. A biomassa granular aeróbia passou a predominar no reator a partir do 84° dia de operação, e as partículas atingiram diâmetro médio de 342 µm. A concentração média de biomassa no RBSG foi de 584 ± 147 mg SSV/L, e as eficiências médias de remoção de DBO, de DQO, de NH4+-N e de SST foram 78%, 63%, 72% e 58%, respectivamente. Observou-se a ocorrência de nitrificação incompleta, com acúmulo de nitrito. A produção de N2O ocorreu, principalmente, durante a etapa anóxica do ciclo do reator. O pico de emissão de N2O ocorreu no início da etapa de aeração, devido à agitação causada pelas bolhas de ar, que promovia o stripping do N2O acumulado nos interstícios do meio líquido. Do total de nitrogênio desnitrificado, 89 ± 5% correspondeu a N2, e 11 ± 5% correspondeu a N2O. A conversão de nitrogênio afluente em N2O apresentou o valor médio de 2,8 ± 1,2%, e o Fator de Emissão (FE) verificado foi de 95,6 g N2O-N/pessoa·ano. Abstract: This work aimed to investigate a pilot scale aerobic granular sequencing batch reactor (GSBR) used to treat sanitary wastewater. Studies have revealed the GSBR as a promising technique to treat effluents, with a fast biomass sedimentation and a wide microbial diversity. The treatment of carbonaceous matter and nutrients is carried out in a single tank, in operational cycles, reaching a high effluent quality. Nitrous oxide (N2O) is a major contributor to anthropogenic greenhouse effect, with a global warming potential 296 times higher than CO2. Therefore, the quantification of N2O emissions by biological wastewater treatment systems has been gaining attention in recent researches. In this context, the performance of the GSBR was assessed in terms of efficiency of the treatment and in terms of the conversion of different forms of nitrogen during the wastewater treatment. Conventional activated sludge from a wastewater treatment plant (WWTP) was inoculated in the reactor, and selective conditions were applied (shear force caused by the aeration and reduced settling time) to favor the aerobic granules formation and the wash-out of smaller particles. The aerobic granular sludge started to prevail in the reactor from the 84th operation day, and the particles reached average diameter of 342 µm. The average biomass concentration in the GSBR was 584 ± 147 mg VSS/L, and the average removal efficiencies of BOD, COD, NH4+-N and TSS were 78%, 63%, 72% and 58%, respectively. It was observed the occurrence of incomplete nitrification, with nitrite accumulation. N2O production occurred mainly during the anoxic phase of the reactor cycle. The peak emission of N2O occurred early in the aeration phase, due to the agitation caused by the air bubbles, which released the accumulated N2O from the interstices of the liquid medium. Of the total denitrified nitrogen, 89 ± 5% corresponded to N2, and 11 ± 5% corresponded to N2O. The total influent nitrogen conversion to N2O presented a mean value of 2.8 ± 1.2%, and the Emission Factor (EF) found was 95.6 g N2O-N/person·year.

A ação de compostos sulfúricos presentes no óleo isolante de transformadores e reatores de potência ajuda na sua estabilidade à oxidação, porém, com o passar do tempo, provoca a corrosão do cobre, o que leva o equipamento à falha. O teor de enxofre, presente no óleo bruto, foi então reduzido, porém aditivos colocados no óleo isolante para combater a oxidação, particularmente o dibenzil dissulfeto (DBDS), ocasionou falhas prematuras em vários transformadores e reatores no mundo todo. A reação do DBDS com o cobre do condutor forma o composto sulfeto de cobre I (Cu2S), o que ocasiona a redução da rigidez dielétrica da isolação sólida, composta basicamente por papel Kraft. Nesse sentido, este trabalho visa avaliar a degradação prematura da isolação papel-óleo em transformadores e reatores de potência devido a ação de enxofre corrosivo gerado pelo DBDS (dibenzil dissulfeto). Amostras de papel, óleo e cobre antes e após envelhecimento foram caracterizadas por ensaios físicos, químicos e térmicos. A cromatografia gasosa do óleo após teste de aumento de temperatura mostrou evolução de CO, CO2, CH4, C2H4 e C2H6 na amostra com DBDS, ao passo que na amostra do óleo normal não houve geração de gases, e na amostra passivada, retornou a valores ainda inferiores àqueles obtidos para o óleo normal. O papel Kraft envelhecido apresentou um decréscimo na sua estabilidade térmica (80ºC) quando comparado com o papel novo, indicando início da degradação deste material em temperatura inferior ao papel novo, sendo que no FTIR uma banda de grupos funcionais aminas e amidas e as bandas dos grupos nitrila, que aparecem no papel novo, não se verificaram na amostra envelhecida. O cobre nu, imerso no óleo mineral isolante (OMI) com DBDS, apresentou contaminação por Cu2S, o que mostrou ser o OMI corrosivo, e a amostra de cobre imersa em OMI com DBDS e passivado, resultou não corrosivo, o que mostra o efeito protetor do passivador. Power transformers and reactors are equipments of vital importance for any electrical power grid, which intends to provide electrical energy efficiently and reliably in order to face the needful demands for economic development and life quality improvement. Sulfur compounds present in the oils, improves its oxidation stability, however, its reaction with copper, over the time, provoking corrosion, has proved to be harmful to the equipments. A few years ago, sudden failures, especially involving step up transformers and reactors, have been concerning people responsible for the electrical power grids worldwide. Researches pointed out to the inhibitor of oxidation dibenzyldisulfide (DBDS) as the root of the problem. The DBDS reacts with the copper forming copper sulfide, Cu2S, reducing considerably the dielectric strength of the Kraft paper, leading the insulation to fail prematurely. As a result, there are high economic losses and equipments unavailability as well. Regarding the scenario presented, this work intends to assess the power transformers and reactors paper-oil insulation premature degradation due to copper sulfide jeopardy, arose by DBDS. Kraft paper, oil and copper new samples and after being aged, were characterized by physical - humidity, grammage and density (paper and oil), MEV (paper and copper) - chemical – corrosivity and DGA (oil), FTIR (paper) – and thermal tests – TGA (paper). The test of oil corrosivity showed to be neutral for the normal oil sample, and harmful to copper for the oil sample inhibited with DBDS, as well as the protection exerted by the passivated oil sample. The results of DGA after the test with high temperature, showed an evolution of CO, CO2, CH4, C2H4 and C2H6 in the sample inhibited with DBDS, whilst in the normal oil sample there was no gas generation, and in the oil sample passivated the gas concentrations resulted even lower than in the normal oil sample. The aged Kraft paper presented a decrease in its termic stability (80ºC) in comparison with the new Kraft paper, what indicates the degradation beginning of this material occurs at a lower temperature in relation of the new paper. Regarding the Fourier Infrared test (FTIR), one band of amines and amides functional groups, and the nitrile groups, which were shown in the new paper sample, could not be figured out in the aged paper. The copper immersed in oil with DBDS, showed Cu2S contamination, what asserts the oil as corrosive, on the other hand, the copper sample immersed in passivated oil was clean, what has proved the passivator protection.

O cromo hexavalente – Cr(VI) – presente nos efluentes das indústrias galvânicas, entre outras, é tóxico para maioria dos micro-organismos e potencialmente danoso para a saúde humana. No presente trabalho se estuda a redução de Cr(VI) pelos processos fotoquímicos com álcoois e fotocatálise heterogênea, primeiramente em um reator batelada, com objetivo de obter o melhor processo para aplicação industrial. Na sequência, foram realizados experimentos com efluente industrial, contendo Cr(VI), proveniente de uma indústria galvânica. Após, foram projetados e construídos dois reatores contínuos, o reator em forma de espiral e o reator tubular (radiação artificial e luz solar), com intuito de viabilizar a aplicação industrial do melhor processo de redução de Cr(VI). As reações de redução fotocatalítica de Cr(VI), sob radiação UV, alcançaram reduções totais de Cr(VI) de 66,5% e 56,7% para os catalisadores TiO2 e ZnO, respectivamente, indicando que o catalisador TiO2 foi mais eficiente que o catalisador ZnO. As reações de redução fotoquímica de Cr(VI) com etanol apresentaram altos valores de redução total de Cr(VI), sendo que as reações sob radiação UV (96,1%) foram mais eficientes que as reações sob radiação visível (48,1%). Na redução fotocatalítica de Cr(VI) com TiO2, na presença de etanol, sob radiação UV, foi observada uma redução de Cr(VI) de 92,9% maior do que a redução obtida nas reações fotocatalíticas com TiO2 sob radiação UV (66,5%), evidenciando o efeito sinérgico entre a oxidação do etanol e a redução do Cr(VI). Quando usados com efluente industrial, estes processos mostraram-se eficientes e obtiveram altos valores de redução total de Cr(VI), possibilitando o uso destes tratamentos para remoção de Cr(VI) presente em efluentes de indústrias galvânicas. Entretanto, dentre estes processos estudados, o mais indicado para aplicação industrial foi a fotoquímica com etanol sob radiação UV, pois dispensa o uso de processos de separação do catalisador e apresenta menores custos com reagentes, sendo o etanol de baixo custo, não tóxico e de fácil aquisição. O reator contínuo espiral, projetado e construído, mostrou-se mais eficiente do que o reator batelada, apresentando uma eficiência fotônica de 2,5% comparada a 1,4% para o reator batelada. Ainda, este reator mostrou-se eficiente quando usado com efluente industrial, apresentando uma redução total de Cr(VI) de 51,8%, em 6 horas de reação, sendo sua configuração considerada suscetível para um scale-up. Assim, um reator tubular (radiação artificial e luz solar) foi projetado e construído em escala semi-piloto. Este reator apresentou uma remediação de Cr(VI), presente no efluente industrial, de 86,7% em 6 horas de reação sob luz solar e mostrou uma eficiência fotônica maior do que o reator contínuo espiral. Ainda, o reator tubular apresentou eficiência fotônica similar quando usado com lâmpadas (5,6%) ou luz solar (5,5%), porém as reações sob luz solar mostraram uma maior redução total de Cr(VI) quando comparadas com as reações sob radiação artificial. Assim, o reator tubular, projetado e construído, mostrou-se eficiente quando aplicado para o tratamento de efluente industrial contendo Cr(VI), pelo processo de redução fotoquímica. Além disso, o uso do reator tubular solar minimiza a quantidade de energia elétrica necessária para a reação, reduzindo não somente os custos do processo, como também se tornando uma tecnologia ambientalmente sustentável. Hexavalent chromium – Cr(VI) – present in wastewater discharge of galvanic industries is toxic to most microorganisms and potentially harmful to human health. In this work were studied Cr(VI) reduction by heterogeneous photocatalysis and photochemistry with alcohols processes, firstly in a batch reactor, in order to obtain the best process for industrial application. Subsequently, experiments were conducted using real wastewater from an electroplating plant. In order to feasible the industrial application of best Cr(VI) reduction process were designed and built two continuous reactors, the spiral shaped reactor and the tubular reactor (artificial radiation and sunlight). The photocatalytic reduction reaction of Cr(VI) under UV radiation achieved total Cr(VI) reduction of 66.5% and 56.7% for TiO2 and ZnO catalysts, respectively, indicating that the TiO2 catalyst was more efficient than ZnO catalyst. The photochemical reduction reaction of Cr(VI) with ethanol presented high values of total Cr(VI) reduction, and the reactions under UV radiation (96.10%) were more efficient than the reactions under visible radiation (48.1%). In the photocatalytic reduction reaction of Cr(VI) with TiO2 in the presence of ethanol under UV radiation was observed a Cr(VI) reduction of 92.9% greater than the reduction obtained in the photocatalytic reactions with TiO2 under UV radiation (66.5%), demonstrating the synergistic effect between ethanol oxidation and Cr(VI) reduction. When used with real wastewater these processes proved to be efficient and showed high values of total Cr(VI) reduction, enabling the use of these treatments for removal of Cr(VI) present in wastewater discharge of galvanic industries. However, among these processes studied, the most suitable for industrial application appears to be photochemistry with ethanol under UV radiation, because it does not require catalyst separation processes and presents lower reagent costs, since ethanol is inexpensive, non-toxic and easy to purchase. The spiral shaped reactor, which was designed and built, showed more efficient than the batch reactor, presenting a photonic efficiency of 2.5% compared to 1.4% for the batch reactor. Additionally, this reactor was effective when applied to real wastewater, presenting a total Cr(VI) reduction of 51.8% in 6 hours of reaction, and its configuration is suitable for scale up. Thus, a tubular reactor (artificial radiation and sunlight) was designed and built in semi-pilot scale. This reactor presented a Cr(VI) remediation of 86.7% in 6 hours of reaction under sunlight and showed a photonic efficiency higher than spiral shaped reactor. Additionally, the tubular reactor presented similar photonic efficiency when used with either lamps (5.6%) or sunlight (5.5%), however the reactions under sunlight showed a greater total Cr(VI) reduction when compared to the reactions under artificial radiation. Therefore, the tubular reactor, which was designed and built, proved to be efficient when applied to treatment of real wastewater containing Cr(VI) by photochemical reduction process. Furthermore, the use of a solar tubular reactor minimizes the amount of electricity required for the reaction, which not only reduces process costs, but also makes the technology more environmentally sustainable.

The rise in heavy oil reserves, the scarceness of light oils, the demand for clean products and the increase in residual material or bottoms make it necessary to implement or adapt technologies to process heavy oils efficiently. To this end, the modification of the current visbreaking system has been proposed, consisting of adapting a fixed bed inside the reactor in order to study possible modifications in the different thermal processes to increment and improve performance with the purpose of obtaining more valuable products from heavy oils. This research was conducted through testing at the pilot plant level in the visbreaking unit of Ecopetrol S.A. - Instituto Colombiano del Petróleo (ICP), which provides the possibility of comparing the normal visbreaking process to the fixed-bed visbreaking process as a thermal process. Both processes are carried out in comparison to the increase in the performance of middle distillates and the quality properties of the products obtained. The comparison was completed under the same conditions of flow, flow direction (ascending), pressure, temperature and oil type. The results revealed that the fixed-bed visbreaking process managed to convert more heavy fractions into distillates (4 to 7%) compared to the normal visbreaking process. El aumento en las reservas de crudos pesados, la escasez de crudos livianos, la demanda de productos limpios y el incremento de material residual o fondos, hacen necesaria la implementación o adaptación de tecnologías que procesen crudos pesados de forma eficiente. En este sentido se plantea la modificación del esquema actual de viscorreducción adaptándole un lecho fijo dentro del reactor para estudiar posibles modificaciones en los diferentes procesos térmicos, a fin de incrementar y mejorar sus rendimientos con miras a la obtención de productos más valiosos a partir de crudos pesados. La presente investigación se realizó mediante pruebas a nivel de planta piloto en la unidad de viscorreducción de Ecopetrol S.A. - Instituto Colombiano del Petróleo (ICP), la cual brinda la posibilidad de comparar el proceso de viscorreducción normal frente al proceso de viscorreducción con lecho fijo como proceso térmico. Ambos procesos se compararon en cuanto al incremento del rendimiento de destilados medios y propiedades de calidad de los productos obtenidos. La comparación se hizo bajo las mismas condiciones de flujo, dirección de flujo (ascendente), presión, temperatura y tipo de crudo. Los resultados revelaron que el proceso de viscorreducción con lecho fijo logró convertir más fracciones pesadas en destilados (4 a 7%), comparado con el proceso de viscorreducción normal. O aumento nas reservas de crus pesados, a escassez de crus leves, a demanda de produtos limpos e o aumento de material residual ou fundos, fazem necessária a implantação ou adaptação de tecnologias que processem crus pesados de forma eficiente. Neste sentido é proposta a modificação do esquema atual de viscorredução adaptando-lhe um leito fixo dentro do reator para estudar possíveis modificações nos diferentes processos térmicos, com a finalidade de aumentar e melhorar seus rendimentos com vista à obtenção de produtos mais valiosos a partir de crus pesados. A presente pesquisa foi realizada mediante provas a nível de centro piloto na unidade de viscorredução de Ecopetrol S.A. - Instituto Colombiano del Petróleo (ICP), a qual oferece a possibilidade de comparar o processo de viscorredução normal diante do processo de viscorredução com leito fixo como processo térmico. Ambos os processos são comparados em quanto ao aumento do rendimento de destilados médios e propriedades de qualidade dos produtos obtidos. A comparação foi feita sob as mesmas condições de fluxo, direção de fluxo (ascendente), pressão, temperatura e tipo de cru. Os resultados revelaram que o processo de viscorredução com leito fixo conseguiu converter mais frações pesadas em destilados (4 a 7%), comparado com o processo de viscorredução normal.

Correntes de petróleo têm impurezas que, quando presentes nos combustíveis, causam poluição, corrosão, odor e instabilidade do produto. Deste modo, o hidrotratamento catalítico (HDT) pode ser visto como um dos importantes processos da indústria de refino de petróleo. O HDT consiste no tratamento de uma corrente de hidrocarbonetos na presença de hidrogênio e de um catalisador com a finalidade de modificar o sua massa molar ou de remover as impurezas presentes, com o intuito de especificar os produtos ou preparar essas correntes para outros processos de refino. Uma vez que a tendência das especificações do óleo diesel aponta para a diminuição da concentração de enxofre, redução da densidade e da volatilidade do combustível, juntamente com o aumento do número de cetano e do ponto de fulgor, existe uma necessidade de se projetar e operar unidades de hidrotratamento altamente eficientes. Este trabalho tem como objetivo modelar e simular uma unidade industrial contendo reatores trickle-bed de HDT com a finalidade de permitir a inferência, durante a operação, da concentração final de enxofre na corrente de saída do processo, bem como estimar o tempo de campanha restante. O modelo desenvolvido é pseudo-estacionário, unidimensional e heterogêneo. Além disso, considera somente a reação de hidrodessulfurização, uma vez que a predição da concentração final de enxofre é um dos parâmetros mais importantes da qualidade do produto. A modelagem completa do sistema envolve os leitos catalíticos dos reatores (zona reacional) e da zona de quench, onde ocorre o arrefecimento das correntes de hidrocarbonetos provenientes dos leitos catalíticos. Para a modelagem da velocidade de desativação do catalisador utilizado no processo foram testados dois modelos empíricos. O primeiro deles considera a conversão acumulada ao longo do tempo em um dado leito para que se possa predizer a diminuição da atividade, a partir da hipótese de que desativação está relacionada à extensão de ocorrência das reações no catalisador. O segundo modelo implementado segue o trabalho de Froment e Bischoff (1991). Para o estudo de caso foram empregados os dados do processo de dois reatores industriais de HDT de uma unidade de diesel de uma refinaria brasileira. Após a estimação de parâmetros, os modelos foram validados com dados industriais. Os resultados evidenciam a boa concordância dos mesmos ao processo real. Petroleum streams have impurities that, when delivered to fuels, cause pollution, corrosion, odor, and instability to the product. In this regard, the catalytic hydrotreatment (HDT) can be viewed as one of the important processes in the petroleum refining industry. The HDT is destined to the treatment of a hydrocarbon stream in the presence of hydrogen and a catalyst in order to remove impurities or to modify its molar mass with the aim of specifying products or preparing these streams to other refining processes (Gruia, 2006). Trends in diesel specification point toward the decrease in the sulfur concentration, reduction in density and ASTM D-86 T 90% value, along with increased cetane number and flash point. All these trends contribute to raise the demand for highly efficient hydrotreatment units. This work aims to model and simulate an industrial unit consisting in trickle-bed reactors in order to infer in real time the final sulfur concentration at the output stream, and also to estimate during operation the remaining campaign time. The considered model is pseudo-stationary, one-dimensional and heterogeneous. It considers solely the hydrodesulfurization reaction, because the final sulfur prediction is one of the most important parameter of the product quality. The complete model of the unit involves the catalytic beds (reaction zones) and the quenching zone, where the cooling of hydrocarbon streams takes place. To model the catalyst deactivation rate, two empirical models were tested. The first one takes into account the cumulative conversion over time, so that one can predict the decrease in activity on the basis of the hypothesis that deactivation is related to the extent of the reactions on the catalyst. The second model implemented was based in the work of Froment and Bischoff (1991). As a case study, process data was employed from two industrial reactors of the HDT in a Diesel Unit from a Brazilian refinery. After parameter estimation, the presented models have been validated with industrial data. Their results show good agreement with the real process.

A forma de tratamento e destinação final ainda mundialmente preponderante para os resíduos sólidos urbanos é o aterro sanitário, método que gera, além de uma massa sólida residual, parcialmente estabilizada, subprodutos finais líquidos e gasosos. O efluente líquido, conhecido como lixiviado, necessita tratamento específico, devido a sua elevada nocividade ao meio ambiente, em função, principalmente, de suas elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal e de matéria orgânica, em elevado percentual, recalcitrante. O presente trabalho avaliou em escala de bancada o tratamento, via processo físico-químico, através de coagulação-floculação, de lixiviado bruto proveniente de aterro sanitário Central de Resíduos do Recreio (operado pela Companhia Riograndense de Valorização de Resíduos), desprovido de qualquer tratamento prévio, e de lixiviado pré-tratado biologicamente em reatores sequenciais em batelada (RSB). Para o processo de coagulação-floculação foram testados os coagulantes policloreto de alumínio (PAC), cloreto férrico, sulfato férrico e tanino. Sucessivas etapas foram planejadas para a determinação de dosagem e ajuste de pH ótimos, para cada coagulante empregado, e para a verificação da influência de tempos e gradientes de misturas, bem como foi testada a aplicação de polímeros auxiliares de floculação. As variáveis resposta utilizadas para o monitoramento e a avaliação de eficiências foram a cor verdadeira, turbidez (com e sem prévia filtração), DQO, volume de lodo gerado e pH. O uso de reator sequencial em batelada objetivou nitrificação/desnitrificação convencional das elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal e eventual oxidação de matéria carbonácea. Verificou-se que os diferentes tempos e gradientes de mistura testados, assim como a utilização de polímeros auxiliares, não produziram impactos nos resultados. Os coagulantes inorgânicos apresentaram elevadas eficiências de remoção, com destaque para o cloreto férrico, o qual na dosagem de 1102 mgFe+3/L e ajuste inicial de pH em 6,2 removeu 98% da cor verdadeira e da turbidez filtrada, 63% da DQO, 40% da DBO5, e 88% de turbidez não filtrada do lixiviado bruto. Apesar da recalcitrância de considerável fração da matéria orgânica do lixiviado, o RSB2 removeu 40% da DQO e 60% da DBO5 originais. A coagulação-floculação do efluente do RSB2 necessitou inferiores dosagens dos coagulantes em relação ao processo com lixiviado bruto. O cloreto férrico, em dosagem ótima de 826 mgFe+3/L e ajuste de pH em 6,3, removeu 95% da cor, 77% da DQO, 82% da DBO5, 94% da turbidez filtrada e 92% da turbidez não filtrada. Concluiu-se por elevada viabilidade técnica do processo de coagulação-floculação para o lixiviado com e sem pré-tratamento, a partir da otimização das condições de contorno do processo. O pré-tratamento em RSB, quando utilizado controle de pH, demonstrou grande potencial para nitrificação/desnitrificação e oxidação de significante parcela da matéria carbonácea do lixiviado bruto. The form of treatment and disposal still prevalent worldwide for solid waste is the landfill, a method that generates, in addition to a solid mass residual partially stabilized, liquid and gas end products. The effluent liquid, known as leachate, requires specific treatment, due to its high harmfulness to the environment, due mainly to its high concentrations of ammonia nitrogen and organic matter in high percentage, recalcitrant. This study evaluated the treatment on bench scale, via physico-chemical process, by coagulation-flocculation, of raw leachate from Central de Resíduos do Recreio landfill (operated by Companhia Riograndense de Valorização de Resíduos), devoid of any previous treatment, and biologically pretreated leachate reactors in sequential batch reactors (SBR). For the process of flocculation-coagulation were tested polyaluminum chloride (PAC), ferric chloride, ferric sulfate and tannin. Successive stages were designed for determining dosage and optimum pH adjustment for each coagulant employed and for verifying the influence of times and gradients mixtures, as well as tested in the application of polymers flocculation auxiliaries. The answers used for parametric monitoring and evaluation of efficiencies were the true color, turbidity (with and without prior filtration), COD, sludge volume and pH. The use of sequential batch reactor aimed conventional nitrification/denitrification of the high concentrations of ammonia nitrogen and eventual oxidation of carbonaceous matter. It was found that the different gradients and mixing times tested, as well as the use of auxiliary polymers, did not produce impact on the results. The inorganic coagulants showed high removal efficiencies, especially ferric chloride, which at a dose of 1102 mgFe+3/L and initial pH adjusted to 6.2, removed 98% of the true color and filtered turbidity, 63% of COD, 40% of BOD5 and 88% of unfiltered turbidity. Despite the considerable fraction of the recalcitrance of organic matter in the leachate, the SBR2 removed 40% of COD and 60% of BOD5 of the original. The coagulation-flocculation of the effluent from SBR2 required lower dosages of coagulants in relation to the similar process with raw leachate. Ferric chloride in optimum dosage of 826 mgFe+3/L and adjusting pH to 6.3, removed 95% of color, 77% of COD, 82% of BOD5, 94% of the filtered turbidity and 92% of unfiltered turbidity. It was concluded by high technical feasibility of the process of flocculation-coagulation for the leachate with and without pre-treatment, based on the optimization of the boundary conditions of the process. The pre-treatment with SBR, when pH control, demonstrated high potential for nitrification/denitrification and oxidation of a significant portion of the carbonaceous of the raw leachate.

The study was performed in order to evaluate, through meta-analysis, the relationship of upflow anaerobic sludge blanket or sequencing batch reactors on the removal efficiency ofpollutant loadin swine waste treatment. The database totaled 76 articles published between 1987 and 2011. The meta-analysis followed three sequential analyses: graphical, correlation and variance-covariance. Field work methodologies were used in 49% of the studies included in the databaseand bench-level experiments were used in 51% of the database papers. The share of papers with field work was 42% of studies with SBR reactor and 58% of studies with UASB reactors. The SBR reactor showed higher efficiency than the UASB reactor for removal of total solids 26% (P0.05) between SBR and UASB reactors. The removal efficiency of total chemical oxygen demand (COD) was 21%higher (P0,05) entre os reatores SBR e UASB. A eficiência de eliminação da demanda química de oxigênio (DQO) total foi 21% maior (P

Esta tese apresenta o estudo e aplicação de uma alternativa para o tratamento de águas residuárias municipais mediante integração de técnicas compactas de tratamento, visando adequar a qualidade do esgoto tratado às exigências ambientais, prevenir a eutrofização dos recursos hídricos e produzir água de boa qualidade para reúso em diversos fins, propiciando uma fonte alternativa de água. Para isso, foi projetada e construída uma estação de tratamento de esgotos domésticos, em escala piloto, que inclui um reator biológico anaeróbio (tipo UASB), seguido des flotação em dois estágios, para remoção adicional de matéria orgânica residual e nutrientes com obtenção de lodos separados (orgânico e inorgânico) e polimento final oxidativo (radiação ultravioleta). A qualidade da água obtida pelo sistema UASB e flotação em dois estágios foi comparada com a obtida pelo tratamento do efluente anaeróbio em uma lagoa de polimento, sistema largamente difundido no Brasil e outros países de clima ameno. A qualidade da água obtida em ambos os sistemas foi comparada com a requerida para reúso em diversos fins. O processo empregado potencializa o reaproveitamento dos resíduos sólidos, dentro do conceito de recuperação da matéria orgânica e nutrientes. Os resultados são discutidos em termos dos parâmetros biológicos, físico-químicos e operacionais envolvidos. This thesis presents the study and application of an alternative for the treatment of municipal wastewater through the integration of compact treatment techniques, aiming at improving the quality of treated sewage to meet environmental requirements, prevent eutrophication of water resources and produce good quality water for reuse in various purposes, providing an alternative source of water. It was designed and built a wastewater treatment of domestic sewage in a pilot scale, which includes an anaerobic biological reactor (UASB type), followed by flotation in two stages to obtain separated sludges (organic and inorganic) and final disinfection (ultraviolet radiation). The quality of water obtained by UASB system and two stages flotation followed by UV was compared with that obtained by treatment of anaerobic effluent polishing pond system, widespread in Brazil and other countries with mild climatic conditions. The quality of water obtained in both systems is compared to that required for reuse in different purposes. The process employed enhances the recycling of solid waste within the concept of recovery of organic matter and nutrients. The results are discussed in terms of biological, physical, chemical and operational involved.

O biodiesel é definido como uma mistura de monoesteres metílicos ou etílicos obtidos a partir de óleos vegetais ou gorduras animais. A produção deste combustível pode ser realizada através da transesterificação por catálise homogênea. A produção em escala industrial é realizada em reatores CSTR (continuous stirred-tank reactor) ou em reatores PFR (plug flow reactor). O reator PFR apresenta vantagens em relação ao reator CSTR, devido ao fato desse primeiro apresentar um tamanho muito menor que o segundo para uma mesma conversão dos reagentes. A fluidodinâmica em reatores interfere diretamente na conversão da reação, esta análise torna-se complexa, devido ao tipo de material (geralmente estruturas metálicas) dos reatores que não permitem visualizar as zonas mortas e linhas de corrente. Neste trabalho, foi realizado a modelagem e simulação para otimização de um reator tubular para produção de biodiesel utilizando o software ANSYS CFX. Foram simuladas 27 geometrias de reatores. Os resultados obtidos foram satisfatórios e duas geometrias apresentaram maior destaque nos valores do gradiente de velocidade.

A produção de hidrogênio pelo processo fermentativo sofre influência da concentração e das características do substrato orgânico, do valor do pH do efluente e da concentração de lodo no reator. A determinação da atividade hidrogênica específica de substratos orgânicos e de lodos pode auxiliar na análise do volume de hidrogênio produzido durante a fermentação, na produção de ácidos graxos voláteis, no grau de acidificação e avaliar a toxicidade de compostos aos microrganismos produtores de hidrogênio. Para determinação das condições ideais para a medida da atividade hidrogênica específica foram realizados testes em batelada utilizando glicose como fonte de matéria orgânica nas concentrações de 1.000, 2.000, 4.000, 8.000, 12.000, 16.000 e 20.000 mg.DQO.L-1. Foram testados os valores de pH de 5,0; 5,5; 6,0 e 6,5 e as concentrações de lodo de 1.250; 2.500; 5.000 e 7.500mgSVT.L-1. A maior atividade hidrogênica obtida foi de 483 mLH2.gSVT-1.h-1, para o valor de DQO de 12.000mgO2.L-1, no valor de pH igual a 6,0 e concentração de lodo de 2.500mgSVT.L-1. O maior volume de hidrogênio produzido foi de 38mL.gDQO-1 no valor de DQO de 16.000mgO2.L-1, no pH de 5,5 e concentração de lodo de 5.000mgSVT.L-1. A análise dos ácidos graxos voláteis indicou que os maiores percentuais de ácido acético e ácido propiônico foram obtidos quando o valor do pH testado foi de 6,5, na concentração SVT de 7.500mg.L-1. Nas demais condições estudadas, o ácido butírico foi o ácido graxo volátil predominante no efluente. O valor do grau de acidificação foi influenciado provavelmente pela matéria orgânica proveniente do lodo, resultando em valores acima de 1,0. Testes de medida da atividade hidrogênica específica realizados com diferentes substratos orgânicos (ácido propiônico, ácido butírico, efluente protéico, glicerol e efluente do processo de produção de fungicida) permitiram avaliar a aplicabilidade do teste de atividade e o potencial que os substratos orgânicos possuem para gerar hidrogênio. Foram utilizadas as concentrações de matéria orgânica apresentadas acima, valor do pH inicial igual a 6,0 e concentração de lodo de 2.500mgSVT.L-1 . A maior atividade hidrogênica e volume de hidrogênio produzido foram obtidas para o efluente protéico, 6,8mLH2.gSVT-1.h-1 e 1,74mL.gDQO-1, respectivamente. O ácido graxo volátil encontrado em maior porcentagem após a fermentação dos substratos orgânicos foi o ácido acético. Foi observado alto grau de acidificação nos testes com o ácido butírico devido as altas concentrações residuais no efluente. A influência do controle no valor do pH sobre os microrganismos produtores de hidrogênio foi avaliada em testes com e sem controle de pH, utilizando glicose como fonte de matéria orgânica na concentração de 12.000mg.DQOL-1, nos valores de pH de 5,0; 5,5 e 6,0 e na concentração de lodo de 2.500mgSVT.L-1. Os resultados indicaram que as maiores porcentagens de hidrogênio, produção de ácidos graxos voláteis, grau de acidificação e remoção de matéria orgânica ocorreram quando não houve o controle do pH, indicando que há a necessidade de um ajuste inicial no valor do pH, porém o controle pode prejudicar o desempenho do processo. Além disso, foi estudada a otimização do processo de produção de hidrogênio a partir de efluente da suinocultura, utilizando reatores anaeróbios seqüenciais em batelada, um reator acidogênico e outro metanogênico. Foram analisados o controle do tempo de detenção celular e os efeitos do pH e da temperatura da fase acidogênica sobre a produção de hidrogênio. No reator acidogênico foram testados os tempos de detenção celular de 1,4; 1,7 e 2,5 dias, os valores de pH de 5,0 e 6,0 e as temperaturas ambiente (de 15 a 25°C), 35ºC e 55ºC. A maior concentração de hidrogênio obtida no biogás foi de 21,3 %, para o tempo de detenção celular de 1,4 dia, o valor do pH inicial ajustado para 5,0 e na temperatura de 35ºC. Nesta condição foi verificado o aumento na concentração de ácidos graxos voláteis no efluente do reator acidogênico, indicando a ocorrência da hidrólise das substâncias complexas e conseqüente aumento na concentração de hidrogênio. Hydrogen production by fermentation process is influenced by the concentration and characteristics of organic substrate, the effluent pH value and biomass concentration. The determination of specific hydrogenic activity of organic substrates and biomass can be a tool to analyze the hydrogen volume produced during the fermentation, the volatile fatty acids production, the degree of acidification and evaluated compounds toxicity to the hydrogen producing microorganisms. To determine the ideal conditions for the measurement of specific hydrogen activity were realized batch tests using glucose as source of organic matter at concentrations of 1,000, 2,000, 4,000, 8,000, 12,000, 16,000 and 20,000mg.COD.L-1. The pH values tested were 5.0, 5.5, 6.0 and 6.5 and the biomass concentration of 1,250, 2,500, 5,000 and 7,500mgTVS.L-1. The higher hydrogen activity was 483mLH2.gTVS-1.h-1 for the organic matter concentration of 12,000mg.L-1, pH value of 6.0 and biomass concentration of 2,500mgTVS.L-1. The higher hydrogen volume produced was 38mL.gCOD-1 in the initial organic matter concentration of 16,000mg.L-1, at pH value 5.5 and sludge concentration of 5,000mgTVS.L-1. Volatile fatty acids analysis indicated that the highest percentage of acetic acid and propionic acid were obtained when the pH tested was 6.5, at biomass concentration of 7,500mgTVS.L-1. In other studied conditions, the butyric acid was the predominant volatile fatty acids in the effluent. The degree of acidification value was probably affected by organic matter from sludge, resulting in values above 1.0. Tests measuring the specific hydrogen activity were performed with different organic substrates (propionic acid, butyric acid, proteic effluent, glycerol and fungicide production effluent) permitted to evaluate the applicability of the activity test and the potential that organic substrates have to produce hydrogen. Using the organic matter concentrations presented above, initial pH value equal to 6.0 and biomass concentration of 2,500mgTVS.L-1. The higher hydrogen activity and hydrogen volume produced were obtained for the proteic effluent, 6.8mLH2.gTVS-1.h-1 and 1,74mL.gCOD-1, respectively. The volatile fatty acid found in highest percentage after fermentation of organic substrates was acetic acid. A high degree of acidification was observed on tests with butyric acid due the high residual concentration in the effluent. The influence of pH control on hydrogen producing microorganisms was evaluated in tests with and without pH control, using glucose as organic matter source at concentration of 12,000mg.COD.L-1, the pH values tested was 5.0, 5.5 and 6.0 and the biomass concentration was 2,500mgTVS.L-1. The results indicated that the higher hydrogen percentages, volatile fatty acid production, degree of acidification and organic matter removal occurred when the pH was not controlled; indicating that an initial adjustment in the pH was needed, but the control may affect the process performance. Additional studies about the optimization of hydrogen production from raw swine waste using two batch anaerobic reactors, one acidogenic reactor and other methanogenic reactor were performed. The influence of sludge age and the pH and temperature effects on acidogenic phase were analyzed. In acidogenic reactor were tested the sludge ages of 1.4, 1.7 and 2.5 days, pH values of 5.0 and 6.0 and temperatures: ambient (15 to 25°C), 35°C and 55°C .The higher hydrogen concentration in the biogas was 21.3% for the sludge age of 1.4 days, initial pH equal to 5.0 and temperature 35 °C. In this condition there was an increase in volatile fatty acids concentration in the acidogenic reactor effluent, indicating the occurrence of complex substances hydrolysis and consequently the increase in hydrogen concentration.

Com a crescente aplicação de reatores UASB no tratamento de efluentes, tornou-se necessário o melhor entendimento dos aspectos hidrodinâmicos, visto que a maioria dos estudos aborda somente a eficiência de remoção de matéria orgânica, sólidos e outros parâmetros, sendo escassas as informações sobre as características de fluxo deste sistema. Este trabalho apresenta os ensaios hidrodinâmicos e a análise dos parâmetros físico-químicos realizados na partida de um protótipo de reator UASB circular, que apresenta uma proposta de configuração interna, em relação aos separadores de fase, que busca uma melhor eficiência na remoção de sólidos. A proposta de projeto para a configuração interna consiste em adotar uma maior área de abertura de passagem da câmara de decantação, a fim de se obter menores velocidades de passagem. O protótipo apresenta três aberturas da câmara de decantação que foram numeradas de baixo para cima de 1 a 3. Na etapa 1 do estudo, operando com água, utilizou-se um traçador salino para determinar as velocidades de fluxo, internas à câmara de decantação, utilizando-se para isso, duas sondas de condutividade disposta a uma distância conhecida. Os resultados obtidos foram velocidades ascensionais médias de 1,33 m/h, 1,36 m/h e 1,23 m/h e velocidade de entrada na decantação de 1,99 m/h, 0,52 m/h e 0,36 m/h, para as aberturas 1, 2 e 3 respectivamente. Já na etapa II, com a partida do reator, foram realizados ensaios de estímulo-resposta para obter as curvas de distribuição do tempo de residência (DTR), e a partir destas, o tempo de residência médio, cujo valor obtido foi de 10,48 h; e o coeficiente de mistura igual a d = 0,124, o que caracteriza como um sistema de fluxo disperso. Também nesta etapa, foram realizadas análises físico-químicas do reator ao longo de 100 dias iniciais de operação; cujos resultados médios de eficiência, considerando-se o período de estabilidade, foram 65,7% e 70,3%, para DQO e SST. The increasing application of UASB reactors for wastewater treatment requires better understanding of their hydrodynamic variables. Most studies have focused on contaminant removal, with less attention being given to the hydraulic characteristics of the flows. This research presents results from essays performed on a prototype UASB reactor with a new configuration for the gas-liquid-solid phase separator. The proposed configuration seeks to improve suspended solids removal by providing a larger area passage from the digestion to the clarification zone. The phase separator has three openings. In the first stage of the research, the reactor operated with clean water, spiked with salt. Two probes located at fixed distance monitored conductivity, allowing for velocity estimations within the clarifier and through the openings. The estimated velocities within the clarifiers were 1,33 m/h, 1,36 m/h, and 1,23 m/h, while velocities at the openings one, two, and three were 1,99 m/h, 0,52 m/h, and 0,36 m/h, respectively. In the second stage of the experiments, tracer response essays were performed to determine the Residence Time Distribution Curves, Mean Residence Time (MRT), and the Dispersion Number (d). The calculated MRT and d values were 10,48 h and 0,124, respectively. The dispersion number characterized moderate dispersion. In the second stage of the experiments, the prototype UASB reactor operated receiving effluent from a fullscale UASB reactor. Chemical oxygen demand (COD) and suspended solids (SS) were monitored during 100 days. Considering the period the reactor operated under steady conditions, COD and SS removals reached 65,7% and 70,3%. These values are in accordance with the expected removal efficiencies referred in the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-10-16Bitstream added on 2014-06-13T19:12:10Z : No. of bitstreams: 1 arfelli_sl_me_bauru.pdf: 673378 bytes, checksum: 8e81c63e233d9f9a47e797c41cb63424 (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Este estudo tem como objetivo utilizar expressões disponíveis na literatura para analisar a influência das diferentes geometrias dos tanques no coeficiente global de troca de calor. Optou-se por estudar o aquecimento do xarope de açúcar cristal por tratar-se de um produto largamente aplicado na fabricação de doces, alimentos e bebidas carbonatadas. Pesquisou-se na literatura as propriedades termodinâmicas e as características físicas do vapor d'água, da água e do xarope de açúcar, aplicados nos cálculos dos coeficientes de película e no balanço de energia do sistema térmico. Os estudos e simulações feitas com utilização do programa Geopack, para os tanques com relação T/H de 0,8 1,0 e 1,2 e impelidores com relação d/T de 02, 0,4 e 0,7, estabeleceram as faixas de valores para a rotação dos impelidores, velocidade média do produto, a capacidade de deslocamento volumétrico e a potência requerida, mantendo-se constante o número de impelidores e o nível de agitação. Aplicou-se a teoria clássica da transmissão de calor, os fundamentos da teoria da agitação, as considerações mecânicas e as equações apropriadas para o dimensionamento do tanque. Os resultados mostraram que os tanques mais esbeltos, com impelidor descentralizado, apresentam melhor aproveitamento. Concluiu-se que, na definição geométrica de um reator, a relação entre o diâmetro e a altura T/H deve ser menor que 1,0. Por sua vez, em decorrência da potência consumida, o impelidor com diâmetro igual a 0,4 do diâmetro do tanque, mostrou-se mais adequado. O emprego de pressões maiores para o vapor saturado reduz o tempo de processamento, embora possa implicar no aumento da espessura da chaparia e no consumo de combustível na caldeira. This study have how objective to analyze expressions available in the literature for the calculation of the global coefficient of exchange of heat in tanks with different model geometric. It was opted to study the heating of the syrup of crystal sugar because of treating a product widely applied in the manufacture sweets, foods and carbonated drunks. Were investigated in the literature the properties thermodynamics and the physical characteristics of the steam of water, of the water and of the syrup of sugar, applieds in the calculations of the coefficients of film and in the swinging of energy of the thermal system. The studies and simulations done with the use of the program Geopack, for the tanks with the T/H *0,8, 1,0 and 1,2) and impellers with ratio d/T (0,2 0,4 and 0,7), established the range valves for the rotation of the impellers, average speed of the product, the capacity of volumetric dislocation and the applied power, when the number is remaining constant of impellers and the level of agitation. It was applied the classic theory of the transmission of heat, the foundations of the theory of agitation, the mechanical considerations and the appropriate equations for calculating the size of the tank. The results showed that the most slender tanks, impeller with decentralized, present better use. It was concluded that, in the geometrical definition of a reactor, the relation between the diameter and height of the back must be smaller than to 1,0. For its time, as a result of the consumed power, the impeller with equal diameter to 0,4 of the diameter of the tank, appeared more appropriate. The employment of the bigger pressures for the full steam reduces the time of processing, though it could tease in the increase of plate thickness and in the consumption of fuel in the boiler.

Universidade Federal de Sao Carlos Penicillin G acylase (PGA), EC 3.5.1.1.11, is an enzyme employed in the hydrolysis reactions of penicillin G to produce 6-amino penicillanic acid (6-APA), but it can also used in the synthesis of semi-synthetic antibiotics. This work investigated the influence of different biocatalysts conceptions and of different acyl donors on the ampicillin synthesis with immobilized PGA, determining experimentally yield data (antibiotic produced / consumed acyl donor), selectivity (antibiotic produced/D(-)-phenylglycine generated) and productivity (produced antibiotic (mmol)/UI/time). First of all, ampicilina synthesis were carried out in homogeneous solution (with substrates and products solubles), using industrial catalyst Recordatti, in order to verify the influence of the different acyl donors, D(-)- phenylgycine methyl (PGEM), ethyl (PGEE) and isopropyl (PGEI) esters on the synthesis of ampicillin. The results showed that the use of EEPG, besides not reducing the ampicillin synthesis rate, also it reduces the ester hydrolysis rate, showing great potential to increase the selectivity of the enzymatic route. The multipoint covalent attachment of PGA was carried out in agar-agarose support with medium diameter of 1.3 ± 7 × 10-2 mm. That biocatalyst was tested in the ampicillin synthesis at 25ºC with the methyl and ethyl esters, with the objective of evaluating its acting in two pH values (6.2 and 6.5). The ethyl ester presented the yield and selectivity (71 ± 4 and 2.2 ± 4 × 10-1) better than the phenylglycine methyl ester (67 ± 1 and 2.0 ± 1 × 10-1) being the pH 6,2 more favorable. Two different biocatalysts for use in the ampicillin synthesis with simultaneous crystallization of the products were tested: PGA immobilized within agarose particles with average diameter of 95.2 ± 3 × 10-1 μm and, soon after, wrapped by alginate gel, resulting in particles with average diameter of 2.1 ± 6 × 10-2 mm; and PGA immobilized in agarose ME particles (10% wt) with average diameter of 1.4 ± 8 × 10-2 mm. So much the envolvement of the immobilized enzyme by a secondary support (agarose-alginate catalyst) as the use of particles gel of millimetric dimensions (agarose 1.4 mm) caused modifications in the microambient of that enzyme, mainly in reason of the profiles of íons intra-particle generated with the progress of the reaction. In view of the above exposed, ampicillin synthesis were carried out in three different pHs (6.0; 6.2 and 6.5), at 25- °C, using the methyl, ethyl and isopropyl esters with excess of 6-APA. To reduce the hydrolyis of the produced antibiotic, making possible its industrial production, was necessary that it precipitates inside of the synthesis reactor. When we evaluated of global form the selectivity, yield and productivity we concluded that a promising strategy would be to carry out the synthesis using ethyl ester, alginate-PGA-agarose 6BCL catalyst in pH 6.2. By this condition was obtained productivity of 8.0 × 10-5 ± 8 × 10-6, selectivity 2.0 ± 2 × 10-1 and yield 62%. The reactions were also carried out with ester excess, however the selectivity was drastically reduced getting at 1.1 ± 6 × 10-2. The last stage of this work was the kinetic study of the ampicillin synthesis. Synthesis were carried out in several initial conditions of substrate concentration (6-APA and PGEE) in pH 6.0 and 6.2 with the alginate-PGA-agarose 6BCL catalyst. In some cases, ampicilin and D(-) -FG crystals were sowed in the reaction start to check possible inhibitory effects of the products. Largests yields and selectivities were obtained when the concentration of 6-APA was increased by the ester concentration. Inhibitory effect in the antibiotic hydrolysis was verified when a high concentration of both substrates was used. In general, the experiments carried out in heterogeneous medium favored the yield, selectivity and productivity. In all of the experiments the lowest pH (pH 6.0) favored the improvement of the yield and selectivity while the productivity was favored the pH 6.2. The synthesis in fed-batch reactor, with high concentration of substrates, favored the selectivity of the reaction, it passed from 2.5 to 3.5. Penicilina G Acilase (PGA), EC 3.5.1.1.11, é uma enzima empregada nas reações de hidrólise da penicilina G para produção do ácido 6-amino penicilânico (6-APA), sendo também utilizada na síntese de antibióticos semi-sintéticos. Este trabalho levantou a influência de diferentes concepções de biocatalisador e de diferentes doadores acil sobre a síntese de ampicilina com PGA imobilizada, determinando experimentalmente dados de rendimento (antibiótico produzido/doador acil consumido), seletividade (antibiótico produzido/fenilglicina gerada) e produtividade (antibiótico produzido (mmol)/UI/tempo). Primeiramente foram realizadas sínteses de ampicilina em meio homogêneo (com substratos e produtos solúveis), utilizando catalisador industrial Recordatti, a fim de verificar a influência dos diferentes doadores acil, os ésteres metílico (EMFG), etílico (EEFG) e isopropílico (EIFG) de D-fenilglicina na síntese de ampicilina. Os resultados obtidos mostraram que a utilização de EEFG, além de não reduzir a velocidade de síntese de ampicilina, também diminuiu a velocidade de hidrólise do éster, mostrando grande potencial para aumentar a seletividade da rota enzimática. Em seguida, PGA foi imobilizada covalentemente em matriz agar-agarose com diâmetro médio de 1,3 ± 7 × 10-2 mm. Esse biocatalisador foi testado na síntese de ampicilina, a 25oC com os ésteres metílico e etílico, com o objetivo de avaliar seu desempenho em dois valores de pH (6,2 e 6,5). O éster etílico apresentou rendimentos e seletividades (71,0 ± 4 e 2,2 ± 4 × 10-1) melhores que o éster metílico de fenilglicina (67,0 ± 1 e 2,0 ± 1 × 10-1) sendo o pH 6,2 mais favorável. Dois diferentes biocatalisadores para uso na síntese de ampicilina com cristalização simultânea dos produtos foram testados: PGA imobilizada em partículas de agarose com diâmetro médio de 95,2 ± 3 × 10-1 μm e, em seguida, envolvida em gel de alginato, resultando em partículas com 2,1 ± 6 × 10-2 mm de diâmetro; e PGA imobilizada em partículas de agarose ME 10% ((m/m)) com 1,4 ± 8 × 10-2 mm de diâmetro. Tanto o envolvimento da enzima imobilizada por uma matriz secundária (caso do catalisador agarose-alginato) como o uso de partículas de gel de dimensões milimétricas (agarose 1,4 mm) causaram modificações no microambiente da enzima, principalmente em razão dos perfis intra-partícula de íons gerados com o avanço da reação. Em vista do exposto acima, sínteses de ampicilina foram realizadas em três diferentes pHs (6,0; 6,2 e 6,5), a 25oC, utilizando os ésteres metílico, etílico e isopropílico com excesso de 6- APA. Para reduzir a hidrólise do antibiótico produzido, viabilizando sua produção industrial, foi necessário que ele precipitasse dentro do próprio reator de síntese. Avaliando de forma global seletividade, rendimento e produtividade se concluiu que uma estratégia promissora seria realizar a síntese utilizando éster etílico, catalisador alginato-PGA-agarose 6BCL em pH 6,2. Condição em que se obteve produtividade de 8,0 × 10-5 ± 8 × 10-6, com seletividade 2,0 ± 2 × 10-1 e rendimento 62%. As reações também foram realizadas com excesso de éster, porém a seletividade foi drasticamente reduzida chegando a 1,1 ± 6 × 10-2. A última etapa do trabalho foi o estudo cinético da síntese de ampicilina. Sínteses foram realizadas em várias condições iniciais de concentração de substrato (6-APA e EEFG) em pH 6,0 e 6,2 com o catalisador alginato-PGA-agarose 6BCL. Em alguns casos cristais de ampicilina e D(-)-FG foram semeados no início da reação para verificar possíveis efeitos inibitórios dos produtos. Maiores rendimentos e seletividades foram alcançados quando se aumentava a concentração de 6-APA frente à concentração de éster. Efeito inibitório na hidrólise do antibiótico foi verificado quando se utilizou alta concentração de ambos os substratos. Em geral, os experimentos realizados em meio heterogêneo favoreceram rendimento, seletividade e produtividade. Em todos os experimentos o pH mais baixo (pH 6,0) favoreceu a melhora do rendimento e seletividade enquanto que a produtividade foi favorecida a pH 6,2. A síntese em reator batelada alimentada, com alta concentração dos substratos, favoreceu a seletividade da reação, que passou de 2,5 para 3,5.

Em plantas de polimerização, uma das principais propriedades relacionadas à qualidade do produto é o índice de fluidez, ou MI. Esta propriedade é geralmente medida em laboratório, em intervalos de algumas horas. Por outro lado, as variáveis de processo estão disponíveis continuamente e são controladas com o objetivo de atingir as propriedades desejadas do produto. O desenvolvimento de um analisador virtual, que permita a estimação do MI de forma contínua, com base nestas variáveis medidas, pode levar a um melhor controle da qualidade do produto final. Este trabalho desenvolve um analisador virtual de MI para uma planta de polietileno de alta densidade (PEAD). Existem vários tipos de modelos que podem ser utilizados na implementação de um analisador virtual, assim como várias formas de correção on-line das suas estimativas. Este trabalho direciona especial atenção aos modelos semi-empíricos, e ao uso de um filtro de Kalman estendido (EKF) na correção das estimativas e dos parâmetros do modelo. O objeto de estudo desse trabalho foi um conjunto de produtos, cuja produção é realizada em dois reatores em série. Foram usados 21 conjuntos de dados representando diferentes períodos de operação da planta. Estes conjuntos de dados continham as principais variáveis de planta e os resultados de MI medidos em laboratório. A partir destes dados, foram estimados os parâmetros do modelo para cada reator. Também foi proposta e testada uma metodologia para a sintonia dos parâmetros do EKF. De posse dos modelos, do filtro e de seus respectivos parâmetros, foram gerados os resultados do analisador.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Nesta tese, apresenta-se o desenvolvimento e a validação de um reator piloto para processamento de materiais por plasma. O trabalho foi estruturado com o emprego de uma metodologia de desenvolvimento de produtos industriais, derivada dos conceitos introduzidos por Pahl e Beitz e adaptada no Núcleo de Desenvolvimento Integrado de Produtos - NeDIP/UFSC. A base de conhecimento sobre a qual foi erguido o trabalho consiste, além da literatura pertinente às disciplinas envolvidas, dos resultados de um extensivo programa de pesquisas em processamento de materiais por plasma desenvolvido na última década no âmbito do Laboratório de Materiais - labMAT/UFSC. Os processos por plasma considerados são a sinterização de materiais metálicos e a etapa de extração de ligantes no processo de moldagem de pós por injeção - PIM (powder injection moulding). Por sua natureza, entretanto, o sistema desenvolvido permite ainda a execução de processos de tratamento superficial, como nitretação e cementação, e de limpeza, por sputtering. A possibilidade de reunião de diferentes processos em ciclo único no reator representa um novo conceito na produção de componentes mecânicos pela tecnologia da metalurgia do pó. Demonstra-se a efetiva possibilidade de se promover o aquecimento por plasma de lotes de componentes mecânicos, obtidos via metalurgia do pó, até os níveis de temperatura requeridos para sua sinterização. Uma forte natureza multidisciplinar caracteriza este projeto, que envolve a seguinte coleção de áreas de conhecimento: física de plasmas, engenharia de materiais, termociências, tecnologia de vácuo, eletrônica de potência, instrumentação e controle de processos. A integração coordenada destas áreas de conhecimento no espaço de desenvolvimento do reator piloto foi promovida pela sistematização inerente à metodologia de desenvolvimento de produto adotada. O produto do trabalho (reator piloto) constitui um resultado em si, que vai ao encontro de argumentos que corroboram a validade e a importância do emprego de metodologias de desenvolvimento de produto na síntese de soluções com aplicação no parque industrial. A partir de um conjunto de necessidades pertinentes ao produto, ao usuário e aos processos, foi sintetizado um conjunto de informações que se mostrou suficiente para a construção do reator piloto. O reator construído corresponde, em resumo, a um núcleo de contenção do processo, formado por uma câmara de vácuo, especialmente projetada para acomodar os elementos acessórios que desempenham funções relativas ao processamento, e um conjunto de sistemas 'satélites': sistema de vácuo, sistema de alimentação de energia, sistema de suprimento da mistura gasosa, sistema de abertura e fechamento da câmara, sistema de arrefecimento e sistemas de condicionamento de sinais de entrada e saída, analógicos e digitais. Estes sistemas foram devidamente adaptados para permitir a implementação das funções que tornaram possível a automatização dos ciclos de processamento: programação, monitoramento, registro e controle. A interface com o usuário se dá através de um computador, que mantém em execução o software SISREAT desenvolvidos paralelamente. Um segundo software, GRAFREAT, foi desenvolvido para a emissão de relatórios. Ainda, para viabilizar o funcionamento do controle de temperatura, foi desenvolvido um algoritmo de supressão de arcos, integrado a um algoritmo PID clássico usado no controle de processos em geral. A validação do reator piloto foi realizada com experimentos de processamento em ciclo único de componentes moldados por injeção, reunindo-se as etapas de extração do ligante e sinterização. Lotes piloto de componentes foram processados em diferentes configurações de suportes de componentes. As principais propriedades de interesse nos materiais obtidos são apresentadas e discutidas.

A digestão anaeróbia tem se mostrado uma técnica apropriada para o tratamento de resíduos orgânicos, sólidos, líquidos ou suspensões. Diversos tipos de configurações de reatores têm sido empregados de forma a otimizar o processo. Exemplos significativos são os reatores com manto de lodo de fluxo ascendente (UASB), filtros de fluxo ascendente e descendente, tambores rotatórios, leitos fluidizados ou expandidos, ascendentes ou descendentes, entre outros. Os reatores de leito fluidizado com biofilme estão entre os tipos mais efetivos devido a vários fatores entre os quais destacam-se: alta área interfacial, elevada concentração de biomassa, coeficientes de transferência de massa aumentados (TDH reduzido), redução de problemas de entupimento, caminhos preferenciais ou aprisionamento do gás, controle da espessura do biofilme, e maior capacidade de absorver elevadas cargas orgânicas. As principais limitações destes reatores são a partida, em função da dificuldade de formação de um biofilme estável e o escalonamento para escala real. Os reatores de leito fluidizado inverso apresentam vantagens em relação ao leito fluidizado ascendente, tais como menor consumo de energia, menor probabilidade de arraste de material, facilidade de separação da biomassa e melhor controle da espessura do biofilme. O objetivo geral deste trabalho foi contribuir para o entendimento dos mecanismos de formação do biofilme e a sua relação com os modelos de adesão e com as dificuldades na partida (start-up) de um reator anaeróbio de leito fluidizado inverso. Para tanto foram realizadas as seguintes atividades: • Projeto e partida de um reator anaeróbio de leito fluidizado inverso expandido usando materiais suporte de baixo custo; • Remoção de matéria orgânica em efluente sintético; • Comparação do crescimento do biofilme em diferentes substratos. Foi avaliada a viabilidade de emprego de dois materiais suporte alternativos: polipropileno (PP, da OPP Petroquímica) e aparas desolados de sapatos (EVA expandido, Franca S.A.), nas suas granulometrias originais (

O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a performance e a estabilidade operacional de uma nova configuração de um reator anaeróbio híbrido (RAH) que combina um filtro anaeróbio de fluxo descendente seguido de uma câmara de manta de lodo de fluxo ascendente comparativamente ao reator UASB nas mesmas condições operacionais aplicados ao tratamento de esgoto sanitário. A avaliação da eficiência de remoção de remoção da matéria orgânica e dos sólidos suspensos nos reatores piloto foi por meio de testes da DQO, DBO, sólidos em suspensão totais (SST) e dos sólidos em suspensão voláteis (SSV).Os reatores UASB e RAH foram operados por um período de 240 dias na fase 1 e 150 dias na fase 2 com vazão afluente de 1,6 m3/h e TDH de 11,8 h. O TDH médio na câmara de entrada do RAH foi de 2,7h e de 9,1h na câmara ascendente de manto de lodo. Os reatores piloto apresentaram capacidade de tratamento para suportar os choques de carga orgânica devido à variabilidade do esgoto bruto. A eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de DQO foi de 66% e 59% para o UASB e RAH, a eficiência de remoção de SST atingiu valores de 65% e 63% respectivamente, aliás, o reator UASB apresentando valores superiores de desempenho operacional em quase todos os parâmetros de monitoramento dos processos de digestão anaeróbia os valores médios dos parâmetros DQO, DBO5, SST e SSV não tiveram diferenças estatisticamente significativas. O pH para os sistemas piloto esteve na faixa ideal para o desenvolvimento dos microorganismos anaeróbios (6,5 a 7,5) e a alcalinidade e os AGVs demonstraram estabilidade dos reatores, corroborados pela estabilidade do pH no interior de cada sistema. A velocidade ascensional na câmara de manta de lodo (0,45 m/h) não causou efeito adverso na qualidade do efluente em termos de SST, com valor médio de 39,8 mg/L, na mesma faixa observada no reator UASB (41,6 mg/L). Foi observada menor concentração de biomassa no reator RAH (distribuição vertical) comparativamente ao reator UASB segundo os perfis verticais de lodo, entretanto, este fato não comprometeu a sua eficiência de remoção de matéria orgânica e dos sólidos suspensos. A retirada do lodo de excesso dos sistemas piloto foi baseada na relação STV/ST para estimar a fração de biomassa, a freqüência do descarte foi de 1 vez por mês retirando o equivalente aos 10% do volume de lodo das tomadas que apresentaram uma fração de STV menor que 50%. É viável a implementação da turbidez como parâmetro de detenção de perdida de lodo no efluente dos reatores anaeróbios devido a que a turbidez e os SST apresentaram uma relação direta o que ajudaria a simplificar mecanismos de controle operacional para a toma de decisões nas estações de tratamento, sendo que a turbidez é um parâmetro de leitura rápida “in situ” e poderia advertir do excesso de lodo ao interior do reator. Foram empregados diferentes métodos titrimétricos para a determinação dos AGVs no efluente do RAH e UASB. Após análise dos resultados, recomenda-se o uso do método de KAPP e RIPLEY para a determinação dos AGVs pela simplicidade metodológica e pela rapidez na obtenção do resultado. This study aimed to evaluate the performance and operational stability of a new configuration of a hybrid anaerobic reactor (RAH) combining an anaerobic filter downflow followed by a sludge blanket chamber upflow compared to UASB in same operating conditions applied to sewage treatment. The evaluation of organic matter removal and removal efficiency of suspended solids in the pilot reactor was by testing COD, BOD, total suspended solids (TSS) and volatile suspended solids (VSS). The RAH and UASB reactors were operated for a period of 240 days in the first phase and 150 days in phase 2 with the inlet flow of 1,6 m3/h and 11,8h TDH. The average TDH RAH in the inlet chamber was 2.7h and 9,1h in ascending chamber sludge blanket. Pilot reactors showed treatment capacity to support organic shock loads due to the variability of raw sewage. The organic matter removal efficiency in terms of COD was 66% and 59% for the UASB and RAH, the TSS removal efficiency reached values of 65% and 63% respectively, by the way, the UASB presenting performance values higher operational in almost all parameters of the monitoring anaerobic digestion processes mean values of the parameters COD, BOD5, TSS and VSS were not statistically significant differences. The pH for the pilot systems was in the ideal range for the development of anaerobic microorganisms (6,5 to 7,5) and alkalinity and Volatile Fatty Acids (VFA) demonstrated stability of reactors corroborated by the pH stability within each system. The upflow velocity in the sludge blanket chamber (0,45 m/h) caused no adverse effect on effluent quality in terms of TSS, with an average of 39,8 mg/L, in the same range observed in UASB (41,6 mg/L). It was observed lower concentration of biomass in the reactor RAH (vertical distribution) compared to UASB second vertical sludge profiles, however, this fact did not compromise its removal efficiency of organic matter and suspended solids. The withdrawal of the pilot systems excess sludge was based on TSV/TS ratio to estimate the biomass fraction, the frequency of disposal was 1 once a month by removing the equivalent of 10% of the outlets sludge volume that had a fraction of TSV less than 50%. The implementation of turbidity as sludge lost detention parameter is viable in the effluent of the anaerobic reactors due to turbidity and TSS showed a direct relationship which would help simplify operational control mechanisms for decision making in treatment plants, wherein the turbidity is a quick read parameter "in situ" and could warn of excess sludge inside the reactor. Different titrimetric methods were employed for the determination of VFA and the effluent from the UASB and RAH. After analyzing the results, we recommend the use of KAPP and RIPLEY method for the determination of VFA by methodological simplicity and speed in obtaining results.