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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O soro de leite é o subproduto mais abundante das indústrias de laticínios e, embora tenha sido descartado por muito tempo, hoje é uma das principais fontes proteicas com aplicações que vão do ramo farmacêutico ao nutricional. As proteínas do soro do leite são importantes fontes de peptídeos bioativos, que podem apresentar atividades antioxidante, anti-hipertensiva e antimicrobiana, entre outros efeitos. No entanto, para a expansão de suas aplicações farmacêuticas e nutricionais é imprescindível o desenvolvimento de métodos cada vez mas eficazes de obtenção e purificação. Dessa forma, a seção 4.1 deste trabalho apresenta alguns dos principais métodos de purificação de lactoferrina (LF), como ultrafiltração e cromatografia, juntamente com os métodos de separação magnética e extração líquido-líquido, que ainda estão em expansão. Patentes relacionadas aos métodos de purificação desenvolvidos e composições nutricionais enriquecidas com LF também são apresentadas. Tendo em vista as diversas vantagens apresentadas pela separação magnética, na seção 4.2 um novo adsorvente magnético Fe3O4-IL-Ni2+ foi produzido e sua capacidade de captura de proteínas do soro foi verificada. Através de um planejamento de experimentos, a influência do pH, da temperatura e da concentração de NaCl foi analisada na adsorção de albumina do soro bovino (BSA) e um modelo de segunda ordem foi ajustado, levando a um coeficiente de regressão de 94,51%. O processo adsortivo foi favorecido por valores de pH inferiores 5, enquanto a temperatura e a concentração de NaCl influenciaram positivamente, com melhores faixas em 30-50ºC e 200-700 mM, respectivamente. Avaliando-se a capacidade do adsorvente Fe3O4-IL-Ni2+ na captura de proteínas diretamente do soro constatou-se, por meio do perfil eletroforético em SDS-PAGE, que as proteínas alfa-lactalbumina (α-LA), beta-lactoglobulina (β-LG), imunoglobulina (IgG), albumina do soro bovino (BSA) e lactoferrina (LF) foram adsorvidas com sucesso. Portanto, com o devido escalonamento e validação do método utilizado, existe potencial para utilização industrial, dada a ampla gama de aplicações apresentadas pelas proteínas do soro e as vantagens operacionais da separação magnética com relação aos métodos tradicionais. Whey is the most abundant by-product of the dairy industry and, although it has been discarded for a long time, today it is one of the main sources of protein with applications ranging from pharmaceutical to nutritional. Whey proteins are important sources of bioactive peptides, which may have antioxidant, antihypertensive and antimicrobial activities, among other effects. However, for the expansion of pharmaceutical and nutritional applications of whey proteins, it is essential to develop increasingly effective methods of obtaining and purifying them. Thus, section 4.1 of this work presents some of the main methods of lactoferrin (LF) purification, such as ultrafiltration and chromatography, along with the methods of magnetic separation and liquid-liquid extraction, which are still expanding. Patents related to purification methods developed and nutritional compositions enriched with LF are also presented. In view of the many advantages presented by magnetic separation, in section 4.2 a new magnetic adsorbent Fe3O4-IL-Ni2+ was produced and its ability to capture whey proteins was verified. Through a design of experiments, the influence of pH, temperature and NaCl concentration was analyzed on bovine serum albumin (BSA) adsorption and a second order model was fitted, leading to a regression coefficient of 94.51%. The adsorptive process was favored by pH values lower than 5, while temperature and NaCl concentration influenced positively, with the best ranges being, respectively, 30-50ºC and 200-700 mM. Evaluating the adsorbent Fe3O4-IL-Ni2+ ability to capture proteins directly from whey, it was found, through the electrophoretic profile in SDS-PAGE, that alpha-lactalbumin (α-LA), beta-lactoglobulin (β-LG), immunoglobulin (IgG), bovine serum albumin (BSA) and lactoferrin (LF) proteins were successfully adsorbed. Therefore, with due scaling up and validation of the introduced method, there is potential for its industrial use, given the wide range of applications presented by whey proteins and the operational advantages of magnetic separation in relation to traditional methods. 2025-07-13

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Processos de purificação da lactoferrina e da lactoperoxidase têm sido relatados na literatura. No entanto, é apresentado um grande número de operações unitárias, alto custo dos suportes cromatográficos, baixa pureza e rendimento da molécula. Nesse sentido, a redução de etapas, a busca por novos adsorventes e, consequentemente, a redução de custos é crucial nesses processos. Além disso, a utilização de sistemas com maior porosidade oferecem alternativas por permitir a captura direta da molécula a partir de soluções particuladas e viscosas, sem a necessidade de tratamento prévio. Nesse sentido, estudar os parâmetros operacionais que afetam a porosidade do meio é determinante para otimizar as condições experimentais. A fim de melhor avaliar estes mecanismos, foram realizados estudos hidrodinâmicos e de capacidade adsortiva em colunas macroporosas de leito expandido e fixo, e posteriormente, a captura das proteínas alvo. Portanto, esse trabalho apresenta uma nova estratégia de purificação para as proteínas lactoferrina (Capítulo I) e lactoperoxidase (Capítulo II) a partir do soro de leite utilizando colunas de leito expandido e de criogel de afinidade, respectivamente. Os suportes cromatográficos analisados foram uma resina de troca catiônica Streamline SP XL e uma matriz polimérica esponjosa altamente interconectada ativada com p-aminobenzenosulfonamida para interação específica com a lactoferrina e a lactoperoxidase, respectivamente. Com o objetivo de avaliar a eficiência da separação das proteínas de cada processo, parâmetros de purificação foram investigados. Palavras-chave: Colunas macroporosas. Propriedades hidrodinâmicas. Capacidade adsortiva. Separação. Proteínas. Purification processes for lactoferrin and lactoperoxidase have been reported in the literature. However, a large number of unit operations, high cost of chromatographic supports, low purity and yield of the molecule are presented. In this sense, the reduction of steps, the search for new adsorbents and, consequently, the reduction of costs is crucial in these processes. In addition, the use of systems with higher porosity offer alternatives by allowing the direct capture of the molecule from particulate and viscous solutions, without the need for prior treatment. In this context, studying the operational parameters that affect the porosity of the environment is crucial to optimize the experimental conditions. In order to better evaluate these mechanisms, hydrodynamic and adsorptive capacity studies were performed in macroporous columns of expanded and fixed bed, and subsequently, the capture of the target proteins. Therefore, this work presents a new purification strategy for the proteins lactoferrin (Chapter I) and lactoperoxidase (Chapter II) from whey using expanded bed and affinity cryogel columns, respectively. The chromatographic supports analyzed were a Streamline SP XL cation exchange resin and a highly interconnected spongy polymeric matrix activated with p-aminobenzenesulfonamide for specific interaction with lactoferrin and lactoperoxidase, respectively. In order to evaluate the separation efficiency of the proteins from each process, purification parameters were investigated. Keywords: Macroporous columns. Hydrodynamic properties. Adsorptive capacity. Separation. Proteins.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2022. A produção de heparina é de grande importância para a sociedade, principalmente devido à sua aplicação como anticoagulante. No entanto, o processo de produção pouco mudou ao longo dos anos. Tradicionalmente a heparina vem sendo obtida, em escala industrial, empregando técnicas de hidrólise alcalina e resinas de troca iônica, intercalando processos de liberação desse composto para o meio e purificação, com dessulfatação e precipitação de proteínas. Durante esses processos, diversos compostos químicos são adicionados, o que aumenta o risco de contaminação do produto e dificulta as etapas de purificação. Hoje há uma série de novas tecnologias disponíveis que poderiam ser empregadas em sua melhoria. Nesse sentido, estudou-se um método de produção de heparina tendo como base a hidrólise enzimática de mucosa suína e os processos de separação com membranas, uma vez que essas tecnologias têm ganhado espaço devido ao baixo impacto ambiental e a alta seletividade. Após testes de hidrólise, as condições de processamento enzimático foram definidas em pH inicial 9, temperatura de 50 ºC, 20% m/m de água adicionada à mucosa, agitação de 200 rpm e enzima Savinase® 16L 0,8% m/m. O material hidrolisado foi ultrafiltrado com membrana de 5 kDa e coletado o retido e o permeado. Para efeito de comparação com processos comuns na indústria, uma amostra foi produzida por hidrólise alcalina e recuperação por resina Purolite A860S. As amostras obtidas foram analisadas por NIR, ensaios fluorimétricos em kits de detecção de heparina e fator Xa e FTIR. Os resultados mostraram que a heparina estava presente em todas as amostras, mas com diferenças entre a fração do retido e do filtrado, de 0,76 U/g e 0,11 U/g, respectivamente, indicando uma possível variação da massa molar das moléculas de heparina presentes em cada uma dessas frações, resultante do processo enzimático e da permeação pelas membranas. A atividade anticoagulante da heparina foi detectada pelo ensaio fluorimétrico de Factor Xa em ambas as frações da permeação, embora em concentrações de 140 ug/L no filtrado e 34 ug/L no retido. Abstract: Heparin?s production has great importance to society, mainly due to its applicability as an anticoagulant. However, the production process has changed little over the years. Traditionally, heparin has been obtained, on an industrial scale, using alkaline hydrolysis techniques and ion exchange resins, interspersing processes of releasing this compound into the medium and purification, with desulfation and protein precipitation. During these processes, several chemical compounds are added, which increases the risk of contamination of the product and complicates the purification steps. Today there are a few new technologies available that can be used to improve the process. In this sense, this study investigated a method of producing low molar mass heparin, based on enzymatic hydrolysis and ultrafiltration, since these technologies have gained space due to low environmental impact and high selectivity. After hydrolysis tests, the conditions of enzymatic hydrolysis were pH 9, 50 ºC, 20% w / w of water applied to the mucosa, at 200 rpm stirring rate, and 0,8% w/w Savinase® 16L. The hydrolyzed material was filtered through a 5 kDa ultrafiltration membrane. For comparison with common industry processes, a sample was produced by alkaline hydrolysis and Purolite A860S recovery. Samples were characterized using FTIR, NIR, and fluorometric assays. The results show that the heparin is present in all the samples, but at different concentrations in the retentate and permeate of 0,76 U/g and 0,11 U/g, respectively. The presence of heparin was observed in all samples in different ranges, which indicates the delivery by the hydrolytic process and the separation of molar masses by the membranes. Heparin activity was detected with the Factor Xa assay in both membrane retentate and permeate fractions, although at concentrations of 140 ug/L in the permeate and 34 ug/L in the retentate.

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho de tese, foram realizadas a modelagem e a simulação dos processos de separação pervaporação e osmose inversa aplicados a sistemas binários. A premissa empregada foi o desenvolvimento de metodologias de predição das variáveis de processo da pervaporação e osmose inversa independentes de dados experimentais destes processos; os dados necessários para a predição destas variáveis foram propriedades fundamentais dos componentes puros da alimentação. A partir de uma revisão bibliográfica dos modelos existentes para o processo de pervaporação, foi definida uma metodologia de predição das variáveis de processo baseado no modelo solução-difusão. A etapa inicial da metodologia foi o desenvolvimento de um programa de cálculo das composições de sorção na membrana, baseado no modelo UNIQUAC e no método de contribuição de grupos UNIFAC, adaptados ao uso de polímeros. O programa foi validado pela aplicação a sistemas ideais e não-ideais sob o ponto de vista termodinâmico. Os resultados empregando o modelo UNIQUAC apresentaram boaconcordância com os dados experimentais; no caso dos resultados obtidos via UNIFAC para solventes orgânicos obteve-se um bom ajuste dos dados experimentais, mas, no caso da água, os resultados obtidos pelo modelo não foram adequados. Na segunda etapa da metodologia, foram realizados o estudo da predição do coeficiente de difusão na membrana, a partir do modelo do volume livre, seguindo a abordagem de Fick e Maxwell-Stefan; a determinação dos parâmetros necessários ao respectivo modelo; a aplicação a casos estudos e uma análise paramétrica. Os resultados obtidos concordaram bem com os dados experimentais. Com isto, a partir dos valores de sorção e coeficientes de difusão, foi elaborado um programa para a predição do processo de pervaporação; o programa foi aplicado a casos estudos citados na literatura. Foi também estudada a aplicação da pervaporação ao sistema fenol-água, considerando uma membrana de poli (dimetil siloxano) como agente de separação. Os resultados concordaram bem com os dados experimentais disponíveis e mostraram que uma melhor seletividade e performance de separação foram obtidos em concentrações de fenol na alimentação inferiores a 0,2 % molar. A etapa final do trabalho foi a elaboração de um programa para simulação do processo de osmose inversa tendo como base um modelo derivado da mecânica-estatística. A partir dos parâmetros do modelo, foram preditos a rejeição e fluxo do permeado da mistura etanol-água em uma membrana de poliamida. O coeficiente de difusão de Maxwell-Stefan em alta pressão foi predito e empregado na simulação da osmose inversa Abstract: In this work, the modelling and simulation of pervaporation and reverse osmosis processes for binary mixtures were carried out. The development of prediction methodologies for process variables of pervaporation and reverse osmosis without the necessity of experimental data was the general guideline followed; the experimental data used in these methodologies were the fundamental properties of pure components of feed. Based on the literature review for available models for pervaporation process, a prediction methodology according to the solution-difusion model was choosen and developed. The inicial step for the methodology elaboration was the development of a software for sorption composition determination in the membrane, based on the UNIQUAC model and UNIFAC group contribution method, both suitable for polymer applications. The software was validated applying it forideal and non-ideal systems on thermodynamic viewpoint. The results obtained according to the UNIQUAC model agreed well with experimental data; in the case of the results obtained by the UNIFAC method when applied for organic solvents, it was obtained a good agreement with experimental data, but, on the other hand, for the water, the results showed that the model must be improved. In the second step of methodology development, the study of the prediction of the diffusion coefficient in the membrane according Fick and Maxwell-Stefan approaches, the determination of models parameters, the validation of the prediction method with experimental data and a parametric sensitivity analysis were carried out. The results agreed well with experimental data. So, using the sorption compositions and diffusion coeficients calculated, it was developed a software for pervaporation prediction; the software was applied for some cases of literature. It was also studied the application of pervaporation to phenol-water system using poly(dimethylsiloxane) as selective barrier. The results agreed well with available experimental data and showed that a best selectivity and separation performance were achieved for phenol concentration lesser than 0.2% molar in the feed side. The final step of this work was the development of a software for simulation of reverse osmosis process based on a mecanical-statistical model. By using the model parameters, the rejection and permeate flux of ethanol-water mixture were predicted in a poliamide membrane. The diffusion coefficient of Maxwell-Stefan in high pressure was predicted and used in the reverse osmosis simulation Doutorado Desenvolvimento de Processos Químicos Doutor em Engenharia Química

Orientador : Carol Hollingworth Collins Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A caracterização de sistemas é fundamental na escolha do processo de separação mais adequado. O tipo de sistema a ser separado tem importância na viabilidade do processo, na otimização e minimização da geração de poluentes. Este trabalho tem como objetivo caracterizar vários tipos de sistemas, entre eles, sistemas de interesse industrial como etanol I água e água I fenol, e outros sistemas contendo aminas, para fins de estudo sistemático. As principais etapas deste trabalho são: gerar dados do equilíbrio de fases líquido(líquido) - vapor de diversos sistemas de interesse industrial, avaliar as composições individuais e globais das fases líquidas para cada sistema, calcular a existência ou não de azeótropos binários e ternários, homogêneos e heterogêneos, utilizando-se o programa (AZEOT.EXE) desenvolvido no Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS) por Perioto et ai. (1997); desenvolver uma metodologia de linhas de equilíbrio "pseudo- binários" para avaliar o desempenho de solventes para aplicação em processos de destilação extrativa e azeotrópica; calcular os fatores de separação aij em função da temperatura, pressão e composição de todas as fases em equilíbrio para os sistemas considerados. A metodologia utilizada permite a determinação da composição das três fases em equilíbrio na região de miscibilidade parcial sem que seja necessário fornecer estimativas iniciais. O programa também calcula o "flash" trifásico e fornece dados de equilíbrio que podem ser usados para gerar as superfícies de equilíbrio. Será feita uma análise da influência dos parâmetros utilizados no programa, uma vez que estes afetam, de forma significativa, os resultados obtidos. Para isto, será utilizada uma ferramenta de grande utilidade hoje, o simulador comercial de processos HYSYS Abstract: The characterization of multicomponent systems is fundamental in the choice of the most appropriate process for a mixture separation. The system behavior influences the choice and the kind of equipment to be used. Besides, it determines the available solvents. The main objective of this work is to characterize several types of systems. Among them, systems of industrial interest such as ethanol / water and water / phenol, and other systems containing amines, as part of a systematic study. To accomplish this objective, the work was divided in the following steps: generation of vapor - (liquid) - liquid equilibrium data of several systems of industrial interest, using the program (AZEOT.EXE), developed by Perioto et alo (1997) in the Laboratory of Separation Process Development (LDPS); evaluation of the individual and global compositions ofthe liquid phases for each system; determination ofthe existence or not of binary and ternary, homogeneous and heterogeneous azeotropes; development a methodology which makes use of pseudo-binary equilibrium lines to evaluate the performance of solvents for application in extractive and azeotropic distillation process; calculation of the separation factors aij of all the phases in equilibrium for the considered systems, as a function of the temperature, pressure and composition. The methodology used in this work allows the determination of the composition of the three poses in equilibrium in the area of partial miscibility, with no need to supply initial estimates. The program also calculates the three phase flash and supplies equilibrium data toot can be used to generate the equilibrium surfaces. An analysis of the influence of the parameters used in the program will be made, considering that affect, in a significant way, the obtained results. To do this, a tool of extreme importance, the commercial simulator HYSYS, will be used. Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho de tese, foi realizado um estudo do potencial do processo de pervaporação como um processo de separação de misturas azeotrópicas. Foram realizados o estudo, a avaliação e a comparação de dois modelos matemáticos selecionados da literatura par o processo de pervaporação, que têm como base o mecanismo solução-difusão. Forma desenvolvidos dois programas computacionais, o PERKAT e o PERBRUN, que pemitiram avaliar, segundo estes modelos, qualquer tipo de mistura binária, aqui exemplificados pelos sistemas etanol/água e acetato de metila/água. Foi proposto um modelo matemático a partir do mecanismo solução-difusão procurando minimizar a necessidade de dados experimentais e assim, possibilitar a avaliação rápida em estágios iniciais de projetos de processos. Foi , ainda, elaborado um algoritmo de calculo para o processo de pervaporação. Afim de obter um modelo mais robusto, minimizando a necessidade de dados experimentais, foram realizados e estudo da predição do coeficiente de difusão na membrana, a determinação do parâmetro de interação binário solvente/polímero, a validação do método de predição com dados experimentais e uma análise de sensibilidade paramétrica. Com isso, foi desenvolvido o simulador ¿PERVAP¿ a partir do modelo matemático proposto neste trabalho. A intenção foi possibilitar ao engenheiro de processos tomadas de decisão rápidas a respeito da possibilidade de usar o processo de pervaporação para a separação de uma mistura binária qualquer ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: In this work, a study of the potential of pervaporation process for the separation of azeotropic mixtures was carries out. Two mathematical models were chosen from the literature for pervaporation process based on solution diffusion mechanism and a study, an evaluation and a comparison between these models were made. Two computational programs were developed, PERKAT and PERBRUN, which allow the evaluation, according to these models, of any type of binary mixture, here exemplified by the system ethanol/water and methyl acetate/water. A mathematical model was proposed based on the solution-diffusion mechanism with the aim of minimizing the necessity of experimental data and, thus, to make possible the fast evaluation in early stages of process design.Furthermore, it was elaborated a calculation algorithm for the pervaporation process. In order to get a more robust model, minimizing the necessity of experimental data, the study of the prediction of the diffusion coefficient in the membrane, the determination of the binary interaction parameter of solvent/polymer, the validation of the prediction method with experimental data and a parametric sensitivity analysis were carried out. With this, the "PERVAP" simulator was developed from the mathematical model proposed in this work. The intention was to make possible for engineers to take rapid decisions regarding the possibility for using the pervaporation process for separating any binary mixture ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Desenvolvimento de Processos Químicos Doutor em Engenharia Química

Orientador : Jose Walter Martins Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais The solid-liquid separation can be performed by hydrocyclones, which are interesting equipments because they are simple, compact and present low costs of acquisition, maintenance and operation. Modifications in its conventional structure and/or new geometrical configurations have been proposed in the literature, with the aim to improve the separator performance. The filtering hydrocyclone belongs to this non conventional category, and presents a conical porous wall, where the filtration process occurs. In this work, the separation of concentrate of phosphate rock from water was analyzed in filtering hydrocyclones. By an optimization study, three new geometries of filtering hydrocyclones were found by the combined use of the response surface technique with the Differential Evolution algorithm. These geometries were tested experimentally and compared with the literature. Furthermore, the underflow orifice diameter and the vortex finder length effects were evaluated by the use of Central Composite Design. The three optimum configurations found were: (i) HFOT1 hydrocyclone, with high total efficiency (η = 89,11%); (ii) HFOT2 hydrocyclone, with low underflow-to-throughput ratio (RL = 17,12%) and (iii) HFOT3 hydrocyclone, with low Euler number (Eu = 753). The study of the influence of the variables Du and ℓ showed that: the original values of HFOT1 already seemed to be suitable for the separator give maximum efficiency; the underflow-to-throughput ratio of HFOT2 could still be minimized by the change on its original values of Du and ℓ; the Euler number of HFOT3 was little affected by these variables and, because it remained practically in the same level, it was possible to improve other responses (efficiency and underflow-to-throughput ratio) by changing Du and ℓ, at a low energy consumption. A separação sólido-líquido pode ser realizada por hidrociclones, equipamentos interessantes por serem simples, compactos e por apresentarem baixos custos de aquisição, manutenção e operação. Modificações em sua estrutura convencional e/ou novas configurações geométricas têm sido propostas na literatura, a fim de promover melhorias no desempenho do separador. O hidrociclone filtrante enquadra-se na categoria não convencional e apresenta parede cônica porosa, onde ocorre o processo de filtração. Neste trabalho, analisou-se a separação do concentrado de rocha fosfática da água em hidrociclones filtrantes. Por um estudo de otimização, três novas geometrias de hidrociclones filtrantes foram encontradas mediante o uso combinado da técnica de superfícies de respostas e do algoritmo de Evolução Diferencial. Essas geometrias foram testadas experimentalmente e comparadas à literatura. Os efeitos do diâmetro do orifício de underflow (Du) e do comprimento do vortex finder (ℓ) no desempenho das três configurações geométricas otimizadas foram avaliados pelo uso de Planejamento Composto Central. As três configurações ótimas encontradas foram: (i) hidrociclone HFOT1, com alta eficiência de separação (η = 89,11%); (ii) hidrociclone HFOT2, com razão de líquido pequena (RL = 17,12%) e (iii) hidrociclone HFOT3, com baixo número de Euler (Eu = 753). O estudo da influência das variáveis Du e ℓ indicou que: os valores originais do HFOT1 pareceram já estar adequados para o separador oferecer máxima eficiência; a razão de líquido do HFOT2 pôde ser ainda mais minimizada pela alteração de seus valores originais de Du e de ℓ; o número de Euler do HFOT3 foi pouco afetado por essas variáveis e, por estar praticamente no mesmo patamar, tornou possível a melhoria de outras respostas (eficiência e razão de líquido) frente à mudança de Du e de ℓ, a um consumo energético baixo. Mestre em Engenharia Química

Orientador: Sergio Persio Ravagnani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A separação de misturas gasosas é efetuada com o objetivo de obter um ou mais dos constituintes na forma altamente puros. Existem quatro métodos principais aplicados para a separação de gases: absorção, adsorção, destilação criogênia e membranas. A economia do processo determinará qual desses métodos é usado para alguma aplicação particular (Scott, 1995). A era moderna das membranas de separação de gases foi introduzída após 1980, quando as membranas poliméricas se tomaram economicamente viáveis (Robeson, 1999).Atualmente a separação baseada em membranas é utilizada largamente em escala industrial para produção de nitrogênio de alta pureza a partir do ar, tendo importante aplicação na inertização do ambiente para conservação de frutas e vegetais, reatores químicos e produção de NH3, assim como para segurança na operação com líquidos inflamáveis (Spillman, 1989). O objetivo deste trabalho é a otimização do custo total do processo de separação de misturas gasosas multicomponentes utilizando membrana de fibra oca. A otimização foi realizada utilizando o método "Constrained Rosenbrock (Hill AIgorithm)", para obter um produto final com alta qualidade e com um custo total minimizado. Para a otimização do custo total do processo são necessários os seguintes dados fornecidos pelo programa de Caramello (2002): pressão do permeado e da alimentação, taxa de fluxo do lado do alimentado, pureza e recuperação. A equação do custo total utilizada consiste em custo de instalação e custo operacional, ou seja, o custo total é o custo do módulo de permeação, custo de substituição da membrana (assumindo-se a vida útil da membrana a cada 3 anos), custo da energia elétrica e o custo de instalação do compressor.Otimizaram-se primeiramente dois parâmetros, número de cartuchos de membrana de fibra oca (QM) e pressão de alimentação (pt), em seguida fixou-se o número de cartuchos de membrana de fibra oca e foi otimizada a pressão de alimentação verificando se assim para cada análise o custo total otimizado para as seguintes purezas: 85%, 90%, 95% e 99% Abstract: The separation of gas mixtures is made under the objective of obtaining one or more representatives in the highly pure form. Four methods can be used in gas separation: absorption, adsorption, distillation cryogenics and membranes. The economy of the process will determine which method will be used in a specific application (Scott, 1995). The modem era of gas-separation membrane was introduced in the early 1980s, when polymeric membranes became economically viable. (Robeson, 1999). Nowadays, membranes separation is used wide in industrial scale for the production of nitrogen in a high purity level from the air. This is an essential method for the inertization of the atmosphere air for fruits and vegetables storage, quimicos reactors and production of NH 3, as well as for safety when operating inflammable liquids (Spillman, 1989). The objective of this work is to optimization the cost related to the process of separation of multicomponents gas mixtures using membrane of hollow fiber. The optimization was made using "Constrained Rosenbrock (Hill Algorithm)", in order to obtain a high quality product with a reduced cost. For the process cost optimization the following data supplied for the program of Caramello (2002) is needed: feeding and permeated pressure, flow tax next to the feeder, purity and recovery. The equation of the cost used consists of: installation cost and operational cost. The total cost consists of the permeation module cost, the membrane substitution cost (assuming it useful life of the membrane to each 3 years), the electricity cost and finally the cost of the compressor installation. One first optimized two parameters: amount of membranes (QM) and pressure of feeding (P Mestrado Ciência e Tecnologia de Materiais Mestre em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tambourgi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: os sistemas bifásicos têm sido largamente utilizados na pesquisa bioquímica para a separação e purificação de macromoléculas, células e partículas celulares. Nos últimos anos, os sistemas bifásico também têm encontrado aplicações em diferentes áreas da biotecnologia, especialmente no que se refere a utilização de sistemas alternativos de baixo custo, como o sistema constituído por polissacarídeo da goma de cajueiro (POLICAJU) e polietileno glicol (PEG). O exsudato de Anacardium occidentale L. consiste em polissacarídeo acido largamente encontrado no Nordeste brasileiro, onde é empregado como substituto da goma arábica para uso farmacêutico. A goma bruta foi coletada como exsudato natural de árvores cultivadas no estado de Pernambuco. Nódulos livres de cascas selecionadas para o processo de isolamento da goma via precipitação por etanol. Foram estabelecidos diagramas de fases para o sistema polissacarídeo de goma do cajueiro e polietileno glicol 1500, 4000 e 8000 nos pH¿s 6,0, 7,0 e 8,0 para temperaturas de ¿25 GRAUS¿C¿ e ¿40 GRAUS¿C. Observou-se um deslocamento da binodal no sentido de maiores concentrações de polímeros com a diminuição do peso molecular do polietileno glicol. A faixa de pH estudada, assim como as temperaturas, não acarretaram alterações significativas na binodal. Diferentes ¿tié-lines¿ foram analisadas para a determinação do coeficiente de partição de uma proteína modelo, a tripsina... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Aqueous two-phase systems have found widespread use in biochemical research for separation and purification of macromolecules, cells and cell particles. In recent years the aqueous two-phase systems have also found applications in various areas of biotechnology, specially when utilizing low-cost biphasic systems, as the new aqueous two-phase system based on cashew-nut tree gum (POLICAJU) and poly(ethylene glycol) (OEG). The exsudate gum from Anacardium occidentale L. is a branched acidic heteropolysaccharide found in Brazilian north-western. It¿s employed locally as a substitute for Arabic gum in pharmaceutical uses. Crude gum was collected as natural exsudate from cultivated trees in Pernambuco state. Clear nodules free of bark were selected to be isolated via ethanol precipitation. Phase diagrams were provided for cashew-nut tree gum and PEG molecular weight of 1500, 4000 and 8000 at pH 6,0, 7,0 and 8,0, for '25DEGREES¿C and ¿40 DEGREES¿C. It was observed a displacement of the bimodal for higher polymer concentrations when polyethylene glycol molecular weights decreased. The pH range studied, as the temperatures did not promote significant alterations on the bimodal. Different tie-lines were analysed for partition coefficient determination of a model protein, trypsin. The protein partitioned almost in the bottom gum-rich phase for the experimental conditions tested... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: As observações experimentais do comportamento hidrodinâmico de dispersões que se formam sobre os pratos mostram que estas apresentam bolhas grandes e jatos de gás que fazem com que a eficiência de separação decaia acentuadamente. Com o objetivo de aumentar a eficiência da transferência de massa nas dispersões sobre um prato perfurado sem vertedor, foi acrescentado um leito de particulas a ser fluidizado pelas correntes de liquido e vapor. Nestas condições o presente trabalho estuda o efeito da adição de diversas quantidades de particulas de policloreto de vinila (O, 2, 4, 8 e 16g) a serem fluidizadas pelo liquido e vapor da dispersão, de forma a evitar a formação ou permitir a quebra de bolhas de grande diâmetros ou jatos de vapor, aumentando assim a interfacial entre as fases liquida e vapor. Para tal foi utilizada uma coluna de 5 cm de diâmetro com apenas um prato perfurado com 21% de área livre. A coluna foi operada em refluxo total, fixando-se a composição em 20, 40, 60, 80 e 90% de etanol e variando-se a vazão de vapor desde o limite minimo correspondente ao ponto de minima retenção de dispersão no prato, para operações sem sólidos ou de minima fluidização para as operações com sólidos, até seu limite máximo, que corresponde ao ponto onde a dispersão ocupa todo o espaço do estágio...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Not informed. Mestrado Sistemas de Processos Químicos e Informática Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Misturas que apresentam comportamento não-ideal são frequentemente encontradas nas indústrias de processamento. A separação dessas misturas em seus componentes puros não pode ser feita em colunas de destilação convencional, por isso são empregados outros processos que possibilitam a separação. Neste trabalho, são estudados e comparados três processos usados para esse tipo de separação: extração líquido-líquido, destilação extrativa e destilação azeotrópica. Os três processos estudados envolvem a adição de um agente de separação (solvente). Os objetivos do trabalho são a caracterização termodinâmica de sistemas ternários, simulação e otimização dos processos e comparação quanto ao consumo de energia e estabilidade operacional. Tomou-se como caso base a produção de etanol com elevada pureza. Esse sistema é de grande interesse industrial, devido ao potencial do etanol como fonte renovável de energia, sendo usado como aditivo ou substituto completo para a gasolina. Além desta aplicação em particular, os desenvolvimentos e resultados aqui obtidos servirão de base para outras aplicações que se utilizam destes três processos, uma vez que este sistema reúne potencial para estudos de não idealidades. Para o processo de extração líquido-líquido, o solvente é caracterizado pelo coeficiente de distribuição e solubilidade. Para os processos de destilação foi usado o conceito de superfícies de equilíbrio para caracterização termodinâmica dos sistemas ternários. Os processos foram otimizados levando-se em conta variáveis operacionais e de projeto para a minimização do consumo de energia. Para o processo de destilação azeotrópica, que apresenta o comportamento mais complexo, foi dada ênfase em aspectos como sequenciamento de colunas, metodologia para obter convergência nas simulações e otimização através de um planejamento estatístico. Outro aspecto abordado no trabalho foi a verificação da existência de múltiplos estados estacionários em colunas de destilação azeotrópica homogêneas e heterogêneas. Ainda é discutida a simulação dinâmica e o controle para o processo de destilação extrativa Abstract: Mixtures that present non-ideal behavior arc frequently found in the processing industries. The separation of these mixtures in their pure components cannot be made in conventional distillation columns, therefore, it must be used other processes that make the separation possible. [n this work, it was studied and compared three processes used for this kind of separation: liquid-liquid extraction, extractive distillation and azeotropic distillation. These processes need a separating agent (solvent). The objectives of this work are the thermodynamic characterization of ternary systems, simulation and optimization of the processes and comparison in terms of the energy consumption and operating stability. It was taken as case study the production of pure ethanol. This system is of great industrial interest due to the potential of the etanol as a renewable source of energy, being used as addictive or complete substitute for the gasoline. Besides this application in particular, the developments and results obtained here will be useful as base for other applications that use these three processes, since this system has potential for non-ideality studies. For the liquid-liquid extraction process, the solvent is characterized by the distribution coefficient and solubility. For the distillation processes the concept of equilibrium surfaces was used for thermodynamic characterization, of the ternary systems. The processes were optimized taken into account operating and design variables to the energy consumption minimization. To die azeotropic distillation process, that presents the most complex behavior, emphasis was given to aspects as column sequences, methodology to obtain convergence in the simulations and optimization through a statistical design. Another aspect studied in the work was the verification of the existence of multiple steady states in homogeneous and heterogeneous azeotropic distillation columns. It is still discussed the dynamic simulation and control of the extractive distillation, process Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A destilação é um processo de separação difusional através do qual misturas podem ser separadas em componentes puros, usando como agente de separação o calor e/ou a massa. De acordo com a natureza da alimentação e com as especificações de produto desejadas, este processo pode ser simples, ou complexo, como os que geralmente se encontra na indústria. O projeto para a coluna de destilação tem sido estudado há muito tempo e, hoje, com a ajuda dos computadores e dos simuladores comerciais, modelos mais rigorosos estão sendo aplicados para simular em condições mais reais o comportamento destas colunas. Estes cálculos, no entanto, são complexos e, geralmente, cálculos "shortcut" são realizados primeiramente, para gerar estimativas iniciais aos métodos rigorosos. No entanto, cálculos "shortcut" como as equações de Fenske e Underwood, para o número de estágios mínimo e a razão de refluxo mínima teóricos, que estão disponíveis na maioria dos programas de simulação, não são aplicáveis a misturas complexas, fazendo, então, com que os cálculos rigorosos sejam mais complicados tanto do ponto de vista de convergência, quanto do ponto de vista de possibilidades fisicas do processo. O presente trabalho consiste na avaliação das propriedades limites operacionais usando o simulador comercial, HYSIM. Para o número de estágios mínimo, um número de estágios fixo é usado no inicio, para a primeira simulação, depois, o número de estágios é reduzido gradualmente até o ponto onde não se consiga mais convergência. Então, o menor número de estágios com os quais é possível que a coluna convirja, seria o número de estágios mínimo prático. O ponto de alimentação é o ótimo em cada caso. Para calcular a razão de refluxo mínima prática, é preciso o procedimento oposto. O número de estágios é incrementado até que a energia no refervedor permaneça constante, a um valor mínimo, com o aumento do número de estágios. Esta configuração, do número de estágios e da localização ótima de alimentação, para a razão de refluxo mínimo prático seria já o projeto ótimo em termos de consumo de energia. Embora este procedimento pareça simples, é trabalhoso e demorado. A sua vantagem é que trabalha para qualquer mistura que o simulador suporte, simples ou complexa e os resultados são confiáveis. Finalmente, também como parte do trabalho com o simulador HYSIM, demonstra-se que é possível simular configurações de colunas complexas como o caso da coluna Petlyuk Resumo: A destilação é um processo de separação difusional através do qual misturas podem ser separadas em componentes puros, usando como agente de separação o calor e/ou a massa. De acordo com a natureza da alimentação e com as especificações de produto desejadas, este processo pode ser simples, ou complexo, como os que geralmente se encontra na indústria. O projeto para a coluna de destilação tem sido estudado há muito tempo e, hoje, com a ajuda dos computadores e dos simuladores comerciais, modelos mais rigorosos estão sendo aplicados para simular em condições mais reais o comportamento destas colunas. Estes cálculos, no entanto, são complexos e, geralmente, cálculos "shortcut" são realizados primeiramente, para gerar estimativas iniciais aos métodos rigorosos. No entanto, cálculos "shortcut" como as equações de Fenske e Underwood, para o número de estágios mínimo e a razão de refluxo mínima teóricos, que estão disponíveis na maioria dos programas de simulação, não são aplicáveis a misturas complexas, fazendo, então, com que os cálculos rigorosos sejam mais complicados tanto do ponto de vista de convergência, quanto do ponto de vista de possibilidades fisicas do processo. O presente trabalho consiste na avaliação das propriedades limites operacionais usando o simulador comercial, HYSIM. Para o número de estágios mínimo, um número de estágios fixo é usado no inicio, para a primeira simulação, depois, o número de estágios é reduzido gradualmente até o ponto onde não se consiga mais convergência. Então, o menor número de estágios com os quais é possível que a coluna convirja, seria o número de estágios mínimo prático. O ponto de alimentação é o ótimo em cada caso. Para calcular a razão de refluxo mínima prática, é preciso o procedimento oposto. O número de estágios é incrementado até que a energia no refervedor permaneça constante, a um valor mínimo, com o aumento do número de estágios. Esta configuração, do número de estágios e da localização ótima de alimentação, para a razão de refluxo mínimo prático seria já o projeto ótimo em termos de consumo de energia. Embora este procedimento pareça simples, é trabalhoso e demorado. A sua vantagem é que trabalha para qualquer mistura que o simulador suporte, simples ou complexa e os resultados são confiáveis. Finalmente, também como parte do trabalho com o simulador HYSIM, demonstra-se que é possível simular configurações de colunas complexas como o caso da coluna Petlyuk Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Cesar Costapinto Santana Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho apresentam-se os resultados para a separação entro o p-xileno e o o-xileno por adsorção em fase líquida em leitos fixos contendo zeolito X, cujo cátion 'Na POT. +¿ foi substituído por 'Ba POT. ++¿ e 'K POT. +¿. A similaridade entre as propriedades físicas dos isômeros xilenos torna impraticável a separação do p-xileno por meio de destilação ou outros processos convencionais de separação. A adsorção vem se tornando amplamente utilizada na industria do petróleo e substitui com vantagens algumas técnicas convencionais de separação. No estado da arte sobre processos de adsorção em fase líquida, encontrou-se pouca informação sobre unidades de bancada. A quase totalidade das informações obtidas em literatura refere-se a patentes. Utilizou-se a técnica de fatorial fracioanal no planejamento dos experimentos necessários a verificação da influência das principais variáveis do processo para a separação do p-xileno por adsorção. Assim foi construída uma unidade de bancada para efetuar os testes de adsorção e um unidade destinada a determinar os testes de adsorção e uma unidade destinada a determinar o conteúdo de água em adsorventes, sendo esta última também utilizada para preparar adsorventes com teores pré-estabelecidos. Elaborou-se metodologias experimentais e métodos analíticos com a finalidade de avaliar a influencia das variáveis no processo. Como a conclusão do trabalho, verificamos que é possível obter o p-xileno a partir de uma corrente de isômeros, por adsorção em fase líquida e que a metodologia desenvolvida forneceu resultados precisos e repetitivos Abstract: In this work we show the abtained results for the separation between the p-xylene and the o-xylene through adsorption in liquid phase fixed beds containing zeolite type X wich cation 'Na POT.+¿ was replaced by 'Ba POT. ++¿ and 'K POT. +¿. A similarity between the physical poperties of the xylenes isomers make itimpossible to separate the p-xylene through destilaktion or any other conventional separation process. They adsorption has been largely in the petroleum industry and substitute with avantage some conventional techniques. In this state od the art on adsorption process in liquid phase, we found a few information about laboratory unites. Most of the informations obtained in the lierature refer to parents. The fractional factorial technique was used in the planning of the experiments necessary to verify the influence of the main variables for the separation process of the p-xylene through adsorption. So, to make the adsorption tests, a laboratory unit was built, and one unit was destinated to determine the quantity of water. Experimental methodologies and analytical methods were elaborated in order to evaluated the influence of the variables in the processes. Concluding the work we verified that it¿s possible to obtain the p-xylene from a stream of isomers through adsorption in liquid phase and that the developed methodology gave precise and repetitive results Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador: Daniel Barrera Arellano Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: O interesse pelo consumo de óleo de farelo de arroz tem-se intensificado nos últimos anos devido a uma série de estudos que revelam alguns benefícios nutricionais relacionados com a presença de ý-orizanol, uma mistura de ésteres de ácido ferúlico com esteróis e álcoois triterpênicos, componente este com propriedade antioxidante e hipocolesterolêmica. No presente trabalho, avaliou-se o efeito das condições do processo de neutralização no conteúdo de ý -orizanol e a recuperação deste composto a partir da borra de neutralização do óleo de farelo de arroz através de extração com solvente. Avaliou-se o efeito da temperatura (50, 70 e 90°C), concentração de NaOH (14, 18 e 24°Bé) e tempo de processo (10, 15 e 20 min), no conteúdo de ý -orizanol, no óleo neutro e na borra obtida. Quando utilizou-se temperatura de 50°C, ocorreu uma maior degradação do ý -orizanol, e com concentração de NaOH de 24°Bé, houve uma redução menor de ý-orizanol no óleo neutro e uma maior concentração na borra, enquanto que o tempo de processo, sob as condições do teste, não interferiram nos resultados. Na extração do ý -orizanol foram avaliados diferentes solventes, o tipo de borra, a relação solvente/borra, o tempo e temperatura do processo. A extração de ý -orizanol de borra normal, utilizando como solvente a acetona, em uma relação 7: 1, temperatura de 10°C, por 60 minutos, foi considerada entre as condições testadas, a mais adequada, obtendo-se um extrato com 6,25% de ý -orizanol e uma recuperação de 90,5% Abstract: The interest for rice bran oil has been intensified due to a series of studies which reveal some nutritional benefits related to the presence of ý -oryzanol, which is a mixture of ferulic acid esters of sterols and triterpene alcohols, known for its antioxidant and hipocholesterolemic properties. In this research work, the recovery of ý -oryzanol from the rice bran oil soap stock by extraction with solvent and the effects of differents alkali refining in ý -olyzanol level were studied. The effects of temperature (50, 70, 90°C), concentration of NaOH (14, 18, 24°Bé) and process time (10, 15, 20 min.) have been evaluated on the ý -oryzanol content on both refined oil and soap stock. For a temperature above 50°C, a higher degradation of ? -oIyzanol occurred, while for a concentration of NaOH of 24°Be, there was a smaller reduction of ý-oryzanol in the refined oil and a higher concentration in the soap stock. The process time however, did not interfere with the results obtained, considering the conditions of the test. For the extraction of ý-oryzanol, several solvents were evaluated, as well as the type of soap stock, the relationship between solvent and soap stock, and the time and temperature of the process. The extraction of the ý-oryzanol from soap stock, using acetone as the solvent, at a 7 to 1 ratio, at 10°C and a extraction time of 60 minutes, was considered the most appropriate among the other conditions which have been tested, and yielded an extract with 6.25% of ý-oryzanol and a recovery rate of 90.5% Mestrado Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador : Sonia Maria Alves Bueno Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A contaminação por endotoxinas (ET) em produtos para injeção parenteral é um problema para a indústria farmacéutica devido à dificuldade de remoção destas moléculas e sua alta toxicidade. Diversas técnicas têm sido estudadas visando a despirogenação (remoção de ET) de soluções protéicas, dentre as quais a cromatografia em membranas apresenta-se como promissora. Neste trabalho, membranas porosas de quito sana reticuladas com epic1oridrina foram obtidas com boa característica de vazão, visando a despirogenação de soluções tampão, de soro fisiológico e de soluções de IgG. Experimentos de filtração com solução de IgG humana diluída em tampão foram realizados para verificar a existência de adsorção da IgG na membrana, sendo que as soluções tamponantes que favoreceram uma menor adsorção foram fosfato de sódio pH 8,0 e Tris-HCl pH 7,0 (0,49 mg/cm3 e 0,73 mg/cm3, respectivamente). Os resultados dos experimentos de adsorção com soluções tampão contaminadas artificialmente com ET revelaram que a solução tamponante Tris-HCl pH 7,0 favorecia uma maior adsorção de ET na membrana de quito sana, obtendo valores de concentração no filtrado de 0,58 EU/mL e 8,36 EU/mL para alimentações, respectivamente, de 18,63 EU/mL e 541,40 EU/mL. Testou-se a influência da presença de sal no meio através da remoção de ET de soro fisiológico contaminado artificialmente, resultando em uma adsorção, das ET alimentadas à membrana, de 50,68% em baixa concentração de ET (42,49 EU/mL) e de 92,23% em alta concentração (889,61 EU/mL). A presença de IgG (1 mg/roL) em solução tampão Trís-HCl pH 7,0 reduziu a adsorção das endotoxinas permitindo obter filtrados com concentração de 4,05 e 71,15 EU/mL de uma alimentação de 116,43 e 796,93 EU/mL, respectivamente, e recuperação protéica, na ordem, de 100 e 96,37%. Em face destes dados, percebe-se que a membrana de quito sana tem potencial para o uso como matriz de adsorção visando a remoção de ET de soluções, embora na presença de proteína, no processo proposto, não se tenha alcançado valores que permitam uma injeção parenteral Abstract: Endotoxin (ET) contamination in intravascular injection products is a problem for the pharmaceutical industry due to the difficulty of its removal and elevated toxicity. Many techniques have been studied aiming the depyrogenation (ET removal) of protein solutions, among them the membrane chromatography seems to be a promising one. In this work, cross-linked macroporous chitosan membranes were obtained having a good flow dynamics, focusing the depyrogenation of buffering solutions, physiologic serum and human IgG solutions. Filtration experiments with human IgG diluted in buffering solution were conducted to verify the IgG adsorption on the membrane. The buffering solutions that resulted a lower IgG adsorption were sodium phosphate pH 8.0 and Tris-HCl pH 7.0 (0.49 mg/cm3 and 0.73 mg/cm3 , respectively). The adsorption experiments results using buffer solutions artificially contaminated with ET showed that the Tris-HCl pH 7.0 buffering solution favoured a higher ET adsorption on the chitosan membrane being the filtrated concentrations 0.58 EU/mL and 8.36 EU/mL to the feed flow of 18.63 EU/mL and 541.4 EU/mL, respectively. The influence of salt presence in the solution was tested for the ET removal of artificially contaminated physiologic serum resulting in a 50.68% adsorption at a low ET concentration (42.49 EU/mL) and 92.23% at a high ET concentration (889.61 EU/mL). The IgG presence (1 mg/mL) in Tris-HCl pH 7.0 buffer reduced the ET adsorption so that a filtrated concentration of 4.05 and 71.15 EU/mL were obtained from a 116.43 and 796.93 EU/mL feed, respectively, and a protein recovery of 100% and 96.37%. These results showed that chitosan membrane has a potential to be used as an adsorption matrix for ET removal in solutions, eventhought safety concentration values that allows a parenteral injection have not been achieved in samples containing proteins Mestrado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Os objetivos deste trabalho são a modelagem e a simulação de uma coluna de absorção de pratos multicomponentes, considerando-se os fenômenos físicos mais importantes que ocorrem no processo e a termodinâmica do equilíbrio de fases de maneira rigorosa. O estudo da modelagem é feito no estado estacionário, sendo que a coluna é operada adiabaticamente. Um método desenvolvido inicialmente para colunas de destilação é aplicado para colunas de absorção. A resolução do sistema de equações não-lineares é feita pelo Método de Newton-Raphson. Um software composto por 4 programas é desenvolvido de forma a permitir a simulação interativa, onde a alteração dos parâmetros necessários para os cálculos (arquivo de dados), é feita de forma simultânea e imediata. O procedimento interativo possibilita uma adequada escolha das condições operacionais e, portanto, permite a realização de simulações otimizadas. As simulações realizadas apresentaram resultados muito próximos aos obtidos pelo simulador comercial ASPEN, o que serviu para validação do modelo. No estudo da variação de parâmetros para a otimização da coluna, chegou-se à conclusão de que, para o sistema estudado, a coluna apresenta maior eficiência quando operada sob pressão, com um aumento do fluxo molar e uma diminuição da temperatura da corrente de alimentação líquida e um aumento no peso molecular do solvente líquido. Foi feita, ainda, a simulação da absorção em água de uma corrente gasosa proveniente de um incinerador de resíduos perigosos. A coluna de pratos mostrou-se capaz de enquadrar o padrão de lançamento de HCl na atmosfera de acordo com a norma brasileira, quando operada com maior pressão e com maior fluxo molar da corrente de alimentação líquida Abstract: The objectives of this work are the modeling and the simulation of a plate, multicomponent absorption column, considering the main phenomena taking place in the process and the rigorous thermodynamic of phase equilibria. The problem is considered in the steady-state and adiabatically. A method initially developed for distillation columns is now applied for absorption columns. The solution of the non linear system of equations is carried out by the Newton-Raphson Method. A software made by four programs is developed in such way to allow an interactive simulation, where the necessary parameter alteration for the calculations is made simultaneously and immediately. The interactive procedure allows suitable choice of the operating conditions and, therefore, allows for optimized solutions. The results of the simulations were near to the ones obtained by the commercial simulator ASPEN, what was important for the model validation. " Operation under high pressure has larger efficiency, the same with low temperature for solvent feed and solvent with higher molecular weight. Finally, in this work, it was carried out a simulation of an absorption process using water as the solvent from a gaseous stream of an incinerator of hazardous waste. This is very important for waste minimization considerations, in particular, in this case, related to the HC1 emission Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador: João Alexandre F. R. Pereira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: : A absorção gasosa com reação com soluto em fase líquida é encontrada tanto nos processos de purificação como nos processos de produção. Este trabalho apresenta uma modelagem computacional baseada no modelo do ¿Não-Equilíbrio¿, para o projeto e simulação de colunas de pratos utilizadas em sistemas de absorção física ou com reação química simultânea. Estes modelos permitem a determinação dos perfis de concentração ao longo da coluna e o uso de coeficientes de transferência de massa permitem o projeto de colunas de absorção, determinando-se o número real de pratos da coluna, baseado neste modelo de ¿Não-equilíbrio¿, foi desenvolvido um software para aplicações industriais, como absorção de 'H IND. 2¿S¿ em solução aquosa de dietanolamina e absorção de 'N¿H IND. 3¿ em água Abstract: The absorption of gaseous components by means of a reacting liquid encountered in both purification and production process. This work presents a computer model has been based in modeling ¿Nonequilibrium¿ model, for design and simulation of tray columns used in physical absorption systems or with concurrent chemical reaction. It allows the computation of the concentration profiles along the column and the use of mass transfer coefficients allows to design of absorption columns, to be determined with precision the real trays number of columns. A computer program maybe applied to real industrial practices, like the absorption of 'H IND. 2¿S¿ in a diethanolamine solution and absorption of 'N¿H IND. 3¿ in the water Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador: Sergio Nascimento Bordalo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: o objetivo deste estudo é pesquisar experimentalmente a separação de um fluxo bifásico sob condições de padrão de fluxo estratificado ondulado e anular em uma junta "tê" horizontal de configuração regular e irregular. Os dados da separação foram adquiridos para uma extensa série de condições de fluxo estratificado ondulado e anular; os dados experimentais incluem medições de razões de separação gás-líquido e distribuição da pressão ao longo dos tres ramos. Analisando os dados se observa uma forte dependencia do fenômeno da separação sob o padrão de fluxo existente a montante da junta "tê". Comparando os dados de separação entre uma tê de configuração regular e irregular sob as mesmas condições de fluxo de entrada observa-se que, para condições de fluxo estratificado, ocorre uma substancial redução da fração de líquido que se desvia para o ramo lateral. Para fluxo anular, no entanto, a redução do líquido desviado para o ramo lateral é muito pequena. Grande queda de pressão ocorre no ramo lateral no "tê" de configuração irregular. Isto é mais pronunciado para fluxo anular. O modelo geométrico estudado (Shoham et al. 1987) para predizer o fenômeno da separação em um "tê" regular e em um "tê" irregular comparado com os dados experimentais não apresenta uma boa concordáncia com os resultados experimentais Abstract: The objective of this study is to investigate experimentally the splitting of two-phase flow under conditions of stratified wavy and annular pattems in horizontal tee-junctions of regular and irregular configurations. Data were acquired for a wide range of stratified wavy and annular flow conditions; experimental data include measurements of the gas and liquid splitting ratios and the pressure distribution along the three arms of the junction. The results show a strong dependence of the splitting phenomenon on the flow pattern existing upstream of the tee. For the stratified wavy flow condition. Comparison of the irregular tee and the regular tee splitting under the same inlet flow condition reveals a substancial reduction in the fraction of the liquid intake that flows to the lateral branch. For the annular flow, however, that reduction is very small. Higher pressure drop occurs in the irregular branch armoThis is . more pronounced for annular flow. The geometrical model estudied (Shoam et al. 1987) for prediction of the splitting phenomenon through regular and irregular tees does not show a reasonable agreement with the data Mestrado Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Francisco Maugeri Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A dextrana é um biopolímero, com grande potencial industrial, produzido principalmente pelo microorganismo Leuconostoc mesenteroides e formado por resíduos de glicose unidos por ligações a-1,6. Este polissacarídeo apresenta hoje diversas aplicações em alimentos, produtos farmacêuticos, cosméticos, indústrias química e fotográfica, devido provavelmente às inúmeras pesquisas realizadas. As características e propriedades da dextrana são muito específicas e seu uso é diferenciado de acordo com seu peso molecular. Durante a síntese enzimática de dextrana, a partir da sacarose, obtém-se ainda a frutose, muito utilizada nas indústrias alimentícias devido principalmente ao seu grande poder adoçante. Entretanto, encontram-se pouquíssimos estudos que avaliam a separação da frutose, presente em grandes quantidades no produto da síntese, cuja recuperação traria grandes ganhos econômicos. O objetivo deste trabalho é selecionar e estudar resinas que promovam a separação da frutose obtida durante a síntese "in vitro" de dextrana. A enzima dextrana-sacarase, responsável pela síntese de dextrana, foi produzida por fermentação do microorganismo Leuconostoc mesenteroides NRRL 8512-F, em sacarose, e utilizada na síntese "in vitro" de dextrana . A reação enzimática foi realizada com solução 10% de sacarose, em pH 5,2, e 20°C. O produto direto da síntese de dextrana foi submetido a processos de separação cromatográfica em colunas de vidro empacotadas com a resina de troca iônica Dowex 50WX4,. Dowex SOWX8 e a resina Dowex XUS 40285. As resinas na forma de hidrogênio foram submetidas à troca iônica para substituição dos íons hidrogênio por íons cálcio. Foram testadas as vazões de 0,1 e O,55ml/min e as temperaturas de 35,45 e 60°C e realizouse também a separação à 45°C em uma coluna com gel Superdex 30 num sistema FPLC. Durante a separação, amostras foram recolhidas em intervalos de tempo definidos e analisadas por cromatografia de permeação em gel, em um sistema HPLC para obtenção dos perfis de concentração para dextrana e frutose. Observou-se um aumento na eficiência de separação com o aumento dá temperatura para processos de separação com vazão de 0,1 ml/min, sendo que a resina Dowex XUS 40285 apresentou maior eficiência que as outras resinas e as melhores condições para a separação foram vazão de 0,1ml/min e temperatura de 60ºC Abstract: Dextran is a biopolymer from bacteriological origin, with great industrial potential. It is mainly produced by the enzime dextran sucrose from Leuconostoc mesenteroids. It manly formed by glucose residues linked by a-1,6 bonds. This polysaccharide has many uses today, for example in many foods, pharmaceutics products, cosmetics, chemical and photographic industries. The characteristics as well as properties of dextran are very specific and its use is different for each molecular weight range. In the enzymatic synthesis from sucrose, fructose as by-product is obtained and this monosaccharide is used in food industries. However, very few studies about separation of the fructose from dextran medium can be found in the literature. The fructose recovery will provide a substantial savings for the process as a whole. The objective of this work is to select and study resins that provides the fructose separation from the medium. Dextran sucrase, was produced by Leuconostoc mesenteroides NRRL B512-F on sucrose, and used in the dextran synthesis. The enzymatic reaction was realized with 10% sucrose solution, in pH 5,2 and 20°C. The dextran direct synthesis product was separated in a glass chromatographic column, packed lither with Dowex 50W X4 ion excihange resin, Dowex 50W X8, Dowex 40285 resin or Superdex 30 from Pharmacia Biothec. The original hidrogens resins were changed by calcium ions. Separation occurred at elution rate of 0,1 and 0,55 ml/min at temperatures of 35, 45 e 60°C; and the separation with Superdex 30 gel column was performed at 45°C. The separation samples were colected at defined intervals of time and analysed by gel permeation chromatography, in an HPLC system in order to obtain the fructose concentration profile. It has been shown that there are an increase in the separation efficiency when the temperature is increased at a flow rate of 0,1 ml/min. The best result was obtained with Dowex 40285 resin, to flow at 0,1 ml/min at a temperature of 60°C. Mestrado Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: o presente trabalho representa urna contribuição à síntese do processo de destilação azeotrópica, o qual é utilizado para a separação de misturas líquidas com comportamento nãoideal, englobando a modelagem de coluna de destilação azeotrópica trifásica no estado estacionário. Os seguintes desenvolvimentos fazem parte desta tese: . Modelagem e Simulação de Separadores Simples Trifásicos : desenvolvimento da modelagem e simulação de separadores simples para sistemas multicomponentes, à temperatura e pressão fixas, englobando cálculos de equilíbrios líquido-líquido, líquidovapor e líquido-líquido-vapor, além de possibilitar também cálculos de pontos de bolha multifásicos. Esta metodologia é aplicável à caracterização terrnodinâmica de sistemas multicomponentes através das superficies de equilíbrio, sendo totalmente independente do fornecimento de estimativas iniciais; . Metodologia de Cálculo de Azeótropos Homogêneos e Heterogêneos para Sistemas Multicomponentes : desenvolvimento de nova metodologia de cálculo de pontos de azeotropia para sistemas multicomponentes englobando os casos homogêneos e heterogêneos. Esta metodologia é totalmente independente do fornecimento de.estimativas iniciais. Tal ferramenta é de suma importância na escolha de processos de separação adequados, particularmente orientando a escolha de solventes para a destilação azeotrópica; . Modelagem e Simulação de Colunas de Destilação Azeotrópica: desenvolvimento da modelagem e simulação de colunas de destilação azeotrópica aplicadas à separação de misturas multicomponentes, possibilitando o cálculo de equilíbrio líquido-líquido-vapor nos estágios internos da coluna. O programa apresenta urna metodologia de geração de estimativas dos perfis das variáveis de interesse e posterior identificação das regiões de equilíbrios líquido-líquido e líquido-líquido-vapor a partir do emprego de simuladores cOmerCiaIs Abstract: This work represents a contribution to the synthesis of azeotropic distillation process, that is used to the separation of non-idealliquid mixtures, with the modelling of Steady-State Three-Phase Azeotropic Distillation Column. The following developments were carried out in this thesis: . Modelling and Simulation of Three-Phase Flash: development of the modelling and simulation of Three-Phase Flash to multicomponent systems, at fixed temperature and pressure, with liquid-liquid, liquid-vapor, liquid-liquid-vapor equilibrium calculations and multiphase bubbIe point calcuIations. This methodology is applicable in the thermodynamic characterization of the multicomponent systems through equilibrium surfaces, being totally independent of the initial estimates suppIy; . Methodology of Calculation of Heterogeneous and Homogeneous Azeotropes for MuIticomponent Systems: development of a new methodology of azeotropes calculations to multicomponents systems, with homogeneous and heterogeneous cases, independently of initial estimates supply. This tool is. very important for choosing adequate separation processes, especially to guide the choice of solvents to the azeotropic distillation application; . Modelling and Simulation of Azeotropic Distillation Columns: development of the modelling and simulation of the azeotropic distillation columns applicabIe to multicomponent systems separation, enabling the liquid-liquid-vapor equilibrium calculation in the internal stages of the column. The program presents a methodology to generation of estimates to the profiles of the interest variables and identification of the liquid-liquid and liquid-liquid-vapor equilibrium regions through commercial simulators Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador: Fernando Antonio Cabral Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Neste trabalho foi estudado o fracionamento de óleo de palma bruto (Elaes guineensi) com dióxido de carbono supercrítico; mediu-se a solubilidade, a composição em ácidos graxos, carotenóides totais, tocoferóis, tocotrienóis e ácidos graxos livres. Foi determinado o equílibro de fases no intervalo de pressão de 100 a 350 bar e nas temperaturas de 40, 50 e 60°C. A quantificação dos componentes minoritários presentes nos extratos foi feita por espectrofotometria para a determinação de carotenóides totais, por cromatografia líquida de alta eficiência para a determinação dos tocoferóis e tocotrienóis e por titulação potenciométrica para os ácidos graxos livres. Realizou-se uma extração fracionada utilizando raspas de madeiras como suporte na condição de 40°C a 200 bar, onde doze amostras foram extraídas, nas quais mediu-se a solubilidade e a concentração de ácidos graxos livres e carotenóides totais. Observou-se que a composição em ácidos graxos do óleo de palma refinado e a composição dos extratos em equilíbrio com o CO2 apresentaram pequenas variações na concentração dos ácidos palmítico, oléico e linoléico. Os valores de coeficiente de distribuição, que indicam o grau de fracionamento entre as fases, foram menores que a unidade para tocoferóis e carotenóides e maiores que a unidade para ácidos graxos livres. Notou-se que o comportamento do equilíbrio de fases, transcrito em termos dos coeficientes de distribuição, concorda com os valores da literatura, exceto para os tocoferóis onde o comportamento foi diferente daqueles reportados na litertura Abstract: In this work was studied the fractionation of crude oil palm (Elaes guineensi) with supercritical carbon dioxide; it measured solubility, the free fatty acids composition, carotenoids totals, tocochromanols and free fatty acids. Was determined equilibrium phase in the interval at pressure of 100 at 350 bar and temperature of 40, 50 and 60°C. The quantification of the minor components present in extracts was made by spectrometer for the determination of carotenoids totals, liquid chromatography of high efficiency for the determination of tocochromanols and potenciometric titration for determination free fatty acids. Were fulfilled extraction fractionated using wood scraps as support in condition of 40°C at 200 bar, where twelve sample had been extracted, in which it measured the solubility and the concentration of free fatty acid and carotenoids totals. It was observed that the free fatty acid composition of refined oil palm and the composition the extracts in equilibrium with CO2 had present small variations in the palmitic acid, oleic acid and linoleic acid. The values separation factor, that indicate the degree of fractionation between the phase were smaller than unit for tocochromanols, carotenoids totals and bigger than unit for free fatty acids. It was noticed that the behavior of equilibrium phase, transcript in term of the separation factor, had agreed to the values of literature, except for the tocochromanols where the behavior was different of those reported in the literature Mestrado Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Saul Gonçalves D'Avila Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos provocados pela adição de eletrólito no equilíbrio líquido-líquido de um sistema não eletrolítico, e procurou-se, também estabelecer uma metodologia para a determinação, tratamento e interpretação de dados experimentais de sistemas eletrolíticos. Dados de equilíbrio líquido-líquido para o sistema Acetato de Etila- Etanol ¿ Água ¿Acetato de Sódio a 30, 40, e 50'GRAUS¿C, e concentrações de sal iguais a 0%, 2%, 5% e 10% em peso, foram determinados experimentalmente e, numa etapa posterior foram correlacionados através dos modelos NRTL e Chen e de uma modificação proposta para o modelo de Hála. O ajuste de parâmetros destes modelos foi efetuado através de um programa desenvolvido nestes trabalho, que usa o Princípio da Máxima Verossimilhança Aplicado a Restrições Implícitas. Os desvios médios percentuais entre as frações molares calculadas e experimentais foram sempre inferiores a 2%. Os seguintes efeitos decorrentes da adição do sal foram observados: aumento na região de imiscibilidade parcial do sistema, alteração na inclinação das linhas de amarração, redução no coeficiente de distribuição do Etanol e acentuação do fenômeno do solutropismo. Tais efeitos evidenciaram o salting-out do Etanol em ralação a fase aquosa.Dentre as conseqüências práticas advindas destes efeitos, pode-se citar a obtenção de um éster mais seco e menores perdas de produto na fase aquosa, que são aspectos de interesse industrial Abstract: The effects of Sodium Acetate at concentrations of 2%, 5% and 10% by weight on the liquid-liquid equilibrium data of the ternary system Ethyl Acetate ¿ Ethanol ¿ Water were investigated at 30, 40 and 50'GRAUS¿C. the experimental data were correlated using the NRTL and the Chen models. A computer program was developed to estimate the parameters of the models. The program uses the Maximum Likelihood Method Applied to implicit Constraints. The observed mean percent deviations between the esperimental and calculated mole fractions were always below 2%. The following phenoma caused by salt addition were observed: increase in the region of partial immiscibility, shift in the slope of the tie line, decrease of Ethanol distribution coefficient and enhancement of the phenomenon of solutropy. These effecrs evidence the salting-out of Ethanol from the aqueous phase Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientadores: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira, Teresa Massako Kakuta Ravagnani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A evolução de equipamentos de alta performance como pequenas colunas de recheio é uma das preocupações mais freqüentes atualmente nas áreas de pesquisa e projeto em Engenharia Química. As colunas de recheio são importantes em operações líquido-vapor em larga escala tais como destilação, absorção, extração e dessorção. Estes sistemas normalmente necessitam grandes colunas para obter elevados níveis de separação, onde a gravidade é a força motriz do escoamento e contato das duas fases. A literatura relata que a coluna de recheio centrífuga, na qual a força da gravidade substitui a força centrifuga, denominada ¿Higee ¿ alta gravidade¿, apresenta alta eficiência de separação em equipamentos de dimensões reduzidas, comparado a uma coluna convencional. A unidade é baseada em uma centrífuga na qual o recheio de uma coluna convencional é comprimida em um disco (rotor) em forma de uma rosca. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento de transferência de massa e eficiência de uma coluna de destilação com recheio rotativo. O sistema n-hexano/n-heptano foi utilizado trabalhando-se à pressão ambiente sobre refluxo total. Neste sistema, o leito com recheio pode ser operado de 500 a 2500 rpm, na qual fornece uma força gravitacional de 22 a 560 g baseado no raio médio aritimético... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The evolution of high performance equipment as the small packed columns is one of the most important preoccupations in chemical engineering research and design nowadays. The packed columns are important for large-scale vapour-liquid operations such as distillation, absorption, extraction and stripping. These operations, normally require large colmns to obtain high separation degrees, where the gravity is the driving force for the flowing and contact of the two phases. The literature reports that rotating packed beds, which replace gravity force by centrifigal force named ¿Higee ¿ high gravity¿, present high efficiency with reduced dimension, as compared to the conventional packed bed. The unit is based on a centrifuge in which the packing of a conventional distillation columns is compressed in a doughnut-shaped disc (rotor). The purpose of this work was to study the mass transfer and efficiency behaviour of a rotating packed distillation column. The binary system n-hexane/n-heptane was used under atmospheric pressure and total reflux conditions. In this system, the packed bed can be operating from 500 a 2500 rpm, which provides gravitational forces from 22 to 560 g based on the arithmetic mean radius. The rotor was 0.4 m in height and 0.16 m in diameter and ceramic Rasching rings packing from 0.7 and 0.9 cm in diameter... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador : Saul Gonçalves d'Avila Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de processos de separação envolvendo fases em equilibrio liquido-liquido-vapor. Os seguintes aspectos são abordados: (1) desenvolvimento de um algoritmo eficiente de cálculo de flash liquido-liquido-vapor e sua aplicação para gerar diagramas de fases e em cálculos de destilação; (2) avaliação da utilização de parâmetros binários do modelo UNIQUAC obtidos de dados bifásicos em cálculos trifásicos de misturas ternárias; (3) medidas experimentais e correlação de dados de equilibrio liquido-liquido de misturas ternárias onde pode ocorrer o equilibrio liquido-liquido-vapor. Os seguintes sistemas foram estudados :(1) água-butanol-acetato de etila (20-40 C) ; (2) água butanol-acetato de butila (30-70 C) ; (3) água-butanol-acetato de amila (20-40 C) ; (4) água-metanol-metil terbuil éter (MTBE) (10-40 C) ; (5) água-etanol-MTBE (10-40 C) Abstract: This work is a contribution to the study of separation processes involving phases in liquid-liquid-vapor equilibrium. The following aspects are discussed : (1) development of an efficient liquid-liquid-vapor flash calculation algorithm and its application to phase diagram generation and distillation calculations; (2) evaluation or utilization or binary parameters appearing in UNIQUAC model calculated from binary data to three phase calculations in ternary mixtures ; (3) experimental measurement and correlation or liquid-liquid equilibrium data or ternary mixtures where the liquid-liquid-vapor equilibrium may occur. The following systems were considered:(l) water-1-butanol-acetic acid ethyl ester(20-40 C) ; (2) water-1-butanol-acetic acid butyl ester(30-70C);(3) water-1-butanol-acetic acid isopentyl ester (20-40 C); (4)water-methanol-tert-butyl methyl ether(MTBE) (10-40 C) ; (5) water ethanol-MTBE (10-40°C) Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador: Edison Bittencourt Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A história de processos de separação por membranas na Faculdade de Engenharia Química da UNICAMP teve início com a doação, pela Financiadora Nacional de Estudos e Projetos - FINEP, de dois equipamentos, sendo um para estudos de permeação gasosa em filmes poliméricos e o outro para processos de ultrafiltração. O equipamento de ultrafiltração, um CARBOSEP (Rhonê-Pholenc), constituído de dois módulos tubulares, e utilizando membranas minerais (ZrO2-Grafita), foi implementado através de um projeto de pesquisa financiado pela Fundação de Amparo a Pesquisa Científica do Estado de São Paulo - FAPESP, o que proporcionou, além da implementação, a aquisição de um computador. Esta implementação proporcionou uma visão mais quantitativa do processo. O trabalho aqui descrito, apresenta uma extensa revisão bibliográfica sobre o assunto ultrafiltração. Abordando-se o modelo da pressão osmótica, conjuntamente com correlações e dados levantados através da literatura, foi realizada uma tentativa de simulação, através de um programa de computador, da operação de concentração por ultrafiltração em módulos tubulares. Este modelo foi confrontado com dados reais através de experimentos realizados com soluções de Dextrana T20 (Mw = 20.000). Optou-se pelas soluções de Dextrana devido à relativa facilidade de obtenção de suas propriedades, mas o programa que foi elaborado pode ser estendido a outras soluções, desde que suas propriedades estejam disponíveis. O modelo apresentou boa correlação com os valores experimentais a baixas concentrações de alimentação (< 4% p/p) Abstract: The history of membranes separation process' in the College of Chemical Engineering -UNICAMP started with the donation of two equipaments, one for gas permeation studies and the other for ultrafiltration process studies, by FINEP -National Funding of Studies and Projects. The ultrafiltration equipament, a CARBOSEP model (ftom Rhonê-Pholenc), is composed of two tubular modules, and uses mineral membranes (ZrO2-Graphite). It has been implemented through a research project that was funded by the Support Fondation of Scientific Research of São Paulo State - FAPESP. This implementation made possible to have more quantitative view of the process. This work presents an extensive bibliographical review about ultrafiltration process. The osmotic pressure model, together with data from the literature was used to simulate, by means of a computer program, the concentration operation in tubular modules. This model was confronted with real situation through the experiments which were conducted with Dextrane T20 (Mw = 20,000) solutions. Dextrane solutions were used because their characteristics are easy to find. However, the program can be extended for other solutions because of its flexibility. The model presented a good correlation with experimental data at low concentrations (< 4 wt %) Mestrado Ciência e Tecnologia de Materiais Mestre em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tambourgi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Nos últimos anos a extração líquido-líquido tem se tomado cada vez mais importante na Engenharia Química, e considerável atenção tem sido dispensada ao desenvolvimento de tipos cada vez mais eficientes de extratores. Dentre os extratores mecanicamente agitados, ou os que apresentam melhor desempenho nos processos de separação, destacam-se os extratores agitados através do movimento de rotação (extratores rotativos). Estes extratores além de apresentarem bons resultados nos processos de separação, oferecem boa flexibilidade de operação e projetos, devido a serem de fácil construção. Dos extratores rotativos o mais conhecido é o Extrator de Discos Rotativos (RDC) que através do movimento de rotação de discos proporciona a agitação e a separação de componentes de uma mistura líquida. No presente trabalho é desenvolvido um extrator rotativo, só que ao invés de discos rotativos como o RDC, utiliza-se palhetas verticais rotativas, que podem ser perfuradas ou compactas. O objetivo principal do trabalho é, portanto, a obtenção de dados experimentais que possam vir a contribuir para um maior conhecimento deste aparelho. O estudo baseia-se na avaliação da dispersão axial, ou mistura axial, que ocorre no equipamento, através dos dados obtidos para o Coeficiente de Dispersão Axial, dados estes, de muita importância na avaliação do desempenho de colunas de extração em geral. São analisadas as influências de parâmetros operacionais e de construção e faixas ideais de operação são propostas para a coluna Abstract: Not informed. Mestrado Sistema de Processos Químicos e Informatica Mestre em Engenharia Química

Submitted by Pâmela CTC/E (pamela.flegr@uerj.br) on 2021-10-26T11:11:26Z No. of bitstreams: 1 Tese - Andreia Gomes Fiuza de Castro - 2021 - Completa.pdf: 2229775 bytes, checksum: 4e2d699dae819dcd44169037054ec6e9 (MD5) Made available in DSpace on 2021-10-26T11:11:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Andreia Gomes Fiuza de Castro - 2021 - Completa.pdf: 2229775 bytes, checksum: 4e2d699dae819dcd44169037054ec6e9 (MD5) Previous issue date: 2021-07-28 Chromatographic separation processes have been widely used in industry as they were proved able to separate similar components into mixtures usually difficult to separate using simpler physical methods. It can operate in continuous or batch modes. Among available continuous chromatographic processes, the simulated moving bed (SMB) emerges as one technique that efficiently works in complex mixtures mainly due to its countercurrent operation without requiring movement of the solid phase. The SMB process is extensively studied and applied industrially such as in petrochemicals, pharmaceuticals and fine chemicals. The use of solvent within the dessorvent stream to act as an affinity modifier along the columns is one derivative of the traditional mode of operation, known as solvent gradient SMB (SG-SMB). The present work aims to study this latter mode of operation, through computational models built using less rigorous equations that were proven to represent the system when compared to experimental data for amino acid mixtures (tryptophan, phenylalanine and tyrosine). The available experimental data sets are input to an inverse problem for identifying the overall kinetics mass transfer coefficients, used to characterize the SG-SMB unit. It was utilized the Luus-Jaakola routine and following with the results different operating conditions were tested using the X-Equation optimization approach. The use of a design equation called X-Equation has been validated based on simulation results for a SG-SMB unit, where all optimized cases were in agreement with expected results with regard to purity of the streams, productivity and solvent consumption of the process. Processos de separação por cromatografia são muito utilizados na indústria por serem capazes de separar componentes semelhantes em misturas, normalmente difíceis de separar por métodos físicos mais simples, podendo ser contínuos ou em batelada. Dentre os processos cromatográficos contínuos, o leito móvel simulado (LMS) surge como uma técnica que atua eficientemente em misturas de difícil separação, principalmente por operar em contracorrente sem exigir movimentação (real) da fase sólida. A técnica LMS é amplamente estudada e suas aplicações encontram-se principalmente nas indústrias petroquímica, farmacêutica e de química fina. A utilização de um solvente modificador de afinidades na corrente de dessorção do LMS é uma derivação do modo tradicional de operação, sendo conhecido como LMS com gradiente de solvente (LMS-GS). O presente trabalho tem como objetivo estudar este modo de operação, por meio de modelos computacionais baseados em equacionamentos menos rigorosos, mas que se mostraram fidedignos frente aos dados experimentais para mistura de aminoácidos (triptofano, fenilalanina e tirosina). Os dados experimentais disponíveis são utilizados em uma formulação inversa para obtenção dos parâmetros cinéticos de transferência de massa, necessários na caracterização do LMS-GS. Para tal, utilizou-se o método de Luus-Jaakola e com os resultados, prosseguiu-se com as simulações de diferentes condições operacionais, obtidas pela abordagem de otimização X-Equation. A utilização da equação de projeto, denominada X-Equation, foi validada com base nos resultados de simulações para uma unidade de LMS-GS, onde todos os casos otimizados apresentaram resultados esperados quanto à pureza das correntes, produtividade e consumo de solvente do processo.

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A síntese otimizada de processos é uma preocupação constante do engenheiro químico. Este sempre deve ter disponível o maior número de informações possível para que a sua tomada de decisão seja a mais correta do ponto de vista econômico, ambiental e de obtenção dos produtos desejados. Neste trabalho de tese, enfoca-se a síntese de processos de separação, visto que as etapas de separação podem significar uma grande parte do custo total de um processo químico e/ou bioquímico, além de sua viabilidade ou não. Teve-se como objetivo desenvolver uma metodologia de definição, avaliação, análise e agrupamento de informações a respeito dos componentes e da mistura a ser separada. Desta forma, a seleção de processos de separação e o sequenciamento dos mesmos toma-se uma atividade acompanhada com o maior número de dados de projeto e de custos das etapas de separação. Foi desenvolvida uma interface especialista para dar acesso fácil às informações sobre propriedades físico-químicas de componentes puros e algumas propriedades de misturas. O sistema especialista retira todos os dados para os cálculos do banco de dados do simulador comercial ASPEN PLUS, sem nenhuma intervenção do usuário. Nesta interface, também se tem acesso a um procedimento desenvolvido em Fortran para estimativa da presença de azeótropos homogêneos ou heterogêneos, informação imprescindível durante a separação de misturas. Um parâmetro para auxílio no sequenciamento de colunas de destilação foi proposto e se mostrou bastante eficiente na definição de uma seqüência inicial que sempre foi bastante próxima da ótima. As simulações necessárias durante a operação do sistema especialista são realizadas usando o simulador e podem ser aproximadas ou rigorosas. Para alguns casos, o uso de diferentes modelos foi importante na escolha da etapa de separação. A interface desenvolvida permite fácil obtenção dos resultados obtidos através do uso de um navegador de internet, facilitando sobremaneira a visualização dos mesmos. Além do sistema especialista permitir o acompanhamento completo da síntese da seqüência de colunas ( dimensões, especificações, custos, etc. ), pode-se utilizá-lo para avaliar rapidamente o maior número de possibilidades, tirando qualquer dúvida a respeito da rota escolhida. Como alternativa a uma seqüência de colunas de destilação, mostrou-se o quanto seria eficiente o uso de uma coluna de destilação em batelada multicomponente operada utilizando técnicas avançadas de controle, como o controle por matriz dinâmica ( Dynamic Matrix Control ). Avaliou-se também como o posicionamento de sensores pode ser bastante importante na hora de se analisar uma estratégia de controle de processos. A ferramenta desenvolvida é, sem dúvida, bastante eficiente na ajuda ao engenheiro de processos durante a síntese de processos de separação Absrtact: Processes synthesis is a constant concern of the chemical engineer. He must have as much information as possible available to make the correct decision from the economical and environmental point of view, besides guaranteeing the obtention of the desired products. In this work, the synthesis of separation processes is focused. The separation tasks may constitute a large part of the total costs of a chemical or biochemical process, besides determining its viability. The objective was to develop a methodology of definition, evaluation, analysis and information gruping with respect to components and to the mixture to be separated. In this way the selection of separation processes and their sequencing need to have the largest number of design data and costs of separation task available. An expert interface was developed to enable easy access to physical-chemical properties of pure components and to some properties of the mixture. The expert system reads all the data from the databanks of the commercial simulator Aspen PlusTM without any user intervention. The interface also gives access to FORTRAN routines, which estimates the presence of homogeneous and heterogeneous azeotropes, information that is very important for mixture separation. A parameter to aid in distillation columns sequencing was proposed and it was shown that it gives an initial sequence always very c1ose to the optimal one. The simulations needed to the operation of the expert system were carried out using the simulator and can be rigorous or short-cut. In some cases, the use of different models was important for the choice of the separation task. The developed interface enables easy visualisation of the results by using an Internet browser. The expert system enables the complete understanding of the column sequence synthesis ( dimensions, specifications, costs, etc. ) and it can be used to the fast evaluation of the largest number of feasible sequences, not letting any doubt about the chosen one. It was shown that the use of a multicomponent batch distillation operated using advanced control techniques ( Dynamic Matrix Control, for instance ) would be a good choice as an alternative for a sequence of distillation columns. It was also shown that the positioning of the sensors is very important for the analysis of process control strategies. The developed tool is, without any doubt, very useful to aid the process engineer during separation processes synthesis Doutorado Desenvolvimento de Processos Químicos Doutor em Engenharia Química

Orientador: Sergio Persio Ravagnani Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Processos de adsorção vêm tendo importância crescente na indústria de processamento químico e petroquímico, bem como em áreas como biotecnologia, farmacêutica e química fma. Dentre esses processos, o de adsorção em Leito Móvel Simulado (LMS) tem destaque para diversas aplicações onde a separação é muito difícil, por fazer uso da operação em contracorrente. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um modelo e de um programa computacional para a simulação dinâmica do comportamento de uma unidade de adsorção em Leito Móvel Simulado e sua aplicação em diversas situações práticas. O desenvolvimento do modelo de LMS parte do modelo de uma coluna de adsorção multicomponente em leito fixo que leva em conta as cinéticas de transferência de massa interna e externa à partícula de absorvente. A descrição dos fenômenos envolve um sistema de equações diferenciais parciais onde as concentrações dos componentes intra e extra-partícula são funções da posição na coluna e do tempo. O sistema foi resolvido numericamente usando o método de colocação ortogonal para a discretização da solução ao longo do comprimento da coluna e diferenças finitas para o cálculo da solução no tempo. Foram desenvolvidos modelos e programas para a condição ideal do LMS, sem a existência de zona morta entre os leitos, e mais dois modelos alternativos para levar em conta a existência de zona morta e do atraso na mudança dos leitos, analisando a influência destes fatores no desempenho da unidade por comparação com o modelo ideal de LMS. Critérios de convergência numérica e de estabelecimento do estado estacionário cíc1ico foram adotados. O programa e o modelo foram testados para diferentes sistemas disponíveis na literatura. Foi buscado um entendimento do processo de LMS pela sua utilização em estudos de sensibilidade para predizer os efeitos das variáveis de operação no desempenho do LMS, com aplicações em projeto e otimização de unidades. Os resultados obtidos foram satisfatórios, reproduzindo bem dados experimentais disponíveis e prestando-se como ferramenta de projeto de novas unidades. A abordagem proposta de usar um modelo de coluna de adsorção em leito fixo como ponto de partida para a modelagem do processo de Leito Móvel Simulado mostrou-se apropriada, resultando num modelo rigoroso que tem aplicações em diversas situações práticas. A partir do modelo obtido abrem-se portas para novas investigações, tais como a otimização energética de uma unidade completa de LMS e o treinamento de redes neurais Abstract: Adsorption processes are becoming increasingly important in the chemical and petrochemical industries, as well as in the areas of biotechnology, pharmaceuticals and fine chemistry. Among these processes the 8imulated Moving Bed (8MB) adsorption process is specially important when separation is difficult, as it makes use of coutercurrent operation. The objective of this work is to develop a computational model for the dynamic simulation of a 8imulated Moving Bed adsorption unit and its application on several practical situations. In this work the development of an 8MB mo deI starts from a multicomponent fixed bed adsorption column model and takes into account internal and externaJ. Mass transfer coefficients in the adsorbent particle. Phenomena description involves a system of partial differential equations in which concentrations inside and outside adsorbent particle deppends on time and column length. The system is solved numerically by the orthogonal collocation method along column length and finite differences to calculate solution through time. Three versions of the model have been developed. The first is the ideal situation where there is no dead volume between adsorption beds. The other two take into account dead volume and a delay in shifting positions of beds inlet/outlet, respectivelly. Programs were evaluated and some mIes were created concerning numerical convergence and cyclic steady state. Programs and models were evaluated for several different systems available in literature. The 8MB performance was evaluated in sensitivity studies to predict the effects of operational variables, with applications in design and optimization case studies. The results show the mo deI is reliable in reproducing experimental data and as a tool for process design. The use of a fixed bed adsorption eolumn mode! as starting point to simulate the Simulated Moving Bed adsorption unit has shown to be a suitable approaeh. A rigorous model was obtained with applieations in several praetieal situations. This model ean be used in new investigations like energy integration of an 5MB unit and neural network training Doutorado Ciência e Tecnologia de Materiais Doutor em Engenharia Química

Orientador: Francisco Maugeri Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: O xilitol é um açúcar-álcool com ampla utilização na indústria alimentícia, porém mesmo sendo numerosos os estudos sobre a sua produção a partir da fermentação de hidrolisados hemicelulósicos, poucos são os trabalhos que tratam da sua separação e purificação. O objetivo principal deste trabalho é, portanto, desenvolver uma metodologia de separação do xilitol dos compostos remanescentes no meio fermentado obtido por fermentação do hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar por Candida guilliermondii. Inicialmente, ensaios conduzidos com as zeólitas Na86X, Baylith 415 e Baylith WE 894 em diferentes formas catiônicas permitiram constatar a maior eficácia das zeólitas NaWE e BaWE na adsorção do xilitol e posteriormente, o uso de colunas de leito fixo empacotadas com estas duas zeólitas em diferentes granulometrias, a 30 e 50 ºC, revelou que a separação do xilitol foi superior com o uso da zeólita BaWE com partículas de 53-125 µm a 50 ºC. Estas condições foram empregadas na determinação da constante de equilíbrio deste composto usando a resposta a pulsos cromatográficos, sendo o valor obtido igual a 1,03. Os efeitos da temperatura, da velocidade superficial e da razão volume de pulso/volume de leito (Vp/Vl) sobre a separação do xilitol foram investigados através de análise estatística de experimentos delineados por um planejamento fatorial 23, que revelou que a condição mais favorável para separar o xilitol envolve o uso de temperatura de 80 ºC, velocidade superficial de 0,5 cm.min-1 e Vp/Vl igual a 0,2. O emprego de etanol e acetona em diferentes concentrações como eluentes permitiu concluir, após avaliação das eficiências obtidas e do custo dos mesmos, que o etanol a 30 % é o eluente mais adequado para ser utilizado na separação do xilitol. Após a determinação dos parâmetros de separação em meio sintético, iniciaram-se os testes com meio fermentado, obtido da fermentação de hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar com Candida guilliermondii. Dentre as metodologias empregadas na destoxificação deste meio, o uso de resinas de troca iônica foi o mais eficiente, permitindo obter maiores parâmetros fermentativos. A avaliação da separação do xilitol obtido por fermentação foi realizada variando-se o número de colunas e o volume do pulso e os melhores resultados foram obtidos utilizando-se 2 e 3 colunas de zeólita BaWE alimentadas com volume de pulso igual a 8 % do volume do leito. Apesar das eficiências de separação terem sido superiores com 3 colunas, verificou-se que a porcentagem de xilitol nas frações enriquecidas e a quantidade recuperada deste poliol foram somente ligeiramente superiores às obtidas em sistema com 2 colunas (0,5 e 2,1 % superiores, respectivamente). Além deste fato, o sistema de 2 colunas contribuiu para uma eluição mais rápida dos compostos e requereu menor volume de eluente. Estas observações permitiram concluir que dentre os sistemas experimentais avaliados, o composto por 2 colunas de zeólita BaWE com altura total de leito de 89 cm, alimentadas com volume de pulso igual a 8 % do volume do leito, a 80 ºC e 0,5 cm.min-1 conduziu a uma melhor separação do xilitol. Nestas condições obteve-se uma fração com 97,28 % de xilitol, 0,84 % de arabinose, 0,82 % de xilose e 0,54 % de arabitol e eficiências de separação de 3,17 e 2,72 com relação a arabinose e a xilose, respectivamente Abstract: Xylitol is a sugar alcohol with large utilization in food industry. Nevertheless, although there are numerous studies on its production from the fermentation of hemicellulosic hydrolysates, there are few works dealing with its separation and purification. The principal aim of this work is, therefore, to develop a methodology for xylitol separation from the compounds remaining in the fermented medium, which was obtained by fermentation with Candida guilliermondii in sugar cane bagasse hydrolysate. Initially, assays were conducted with the zeolites Na86X, Baylith 415 and Baylith WE 894 in different cationic forms, which permitted us to observe a higher effectiveness of zeolites NaWE and BaWE in the xylitol adsorption, and later, the use of fixed bed columns packed with these two zeolites in different granulometries, at 30 and 50 ºC, revealed that the xylitol separation was better when 53-125 µm BaWE zeolite particles at 50 ºC were utilized. These conditions were also employed for determining the equilibrium constant of this compound using the chromatographic pulse response technique, the value obtained being equal to 1.03. The effects of temperature, superficial velocity and pulse volume/bed volume ratio (Vp/Vl) on the xylitol separation were investigated by means of statistical analysis of experiments described by a 23 factorial design, which showed that the most favorable conditions for this separation are: temperature of 80 ºC, superficial velocity of 0.5 cm.min-1 and Vp/Vl of 0.2. The use of ethanol and acetone at different concentrations as eluents enabled us to conclude, after an evaluation of their costs and of the efficiencies obtained, that ethanol at 30 % is the most suitable eluent for xylitol separation. After determining the parameters of separation in synthetic medium, tests were performed with fermented medium obtained from fermentation of sugar cane bagasse hydrolysate with Candida guilliermondii. Of the methodologies employed for detoxification of this medium, the use of ion-exchange resins proved the most effective, giving higher fermentative parameters. The separation of xylitol obtained from fermentation was evaluated by varying the number of columns and the pulse volume, the best results being attained with 2 and 3 columns of zeolite BaWE fed with a pulse volume equal to 8 % of bed volume. Although the separation efficiencies were enhanced by using 3 columns, it was observed that the amount of xylitol in the enriched fractions and its recovered amount were only slightly higher than those obtained using 2 columns (0.5 and 2.1 % higher, respectively). In addition, the 2-column system contributed to a more rapid elution of the compounds and required a lower eluent volume. It can therefore be concluded that, of the experimental systems that were evaluated, the one composed of two columns of zeolite BaWE with a bed 89 cm in total height and fed with a pulse volume equal to 8 % of bed volume, at 80 ºC and 0.5cm.min-1, led to a better xylitol separation. Under these conditions, the fraction obtained contained 97.28 % xylitol, 0.84 % arabinose, 0.82 % xylose and 0.54 % arabitol, and the efficiencies of xylitol separation from arabinose and xylose were 3.17 and 2.72 respectively Doutorado Engenharia de Alimentos Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A absorção com reações químicas é muito comum em processos de separação industriais. Os tradicionais modelos de estágios de equilíbrio têm sido o principal caminho para o projeto e a simulação, no regime estacionário e não-estacionário, dos equipamentos para o contato gás-líquido. Os modelos de não-equilíbrio apresentam uma descrição mais realística do processo de interação gás-líquido. Nestes modelos de não-equilíbrio, a obtenção das taxas de transferência de massa com reação química entre as fases gás e líquido são muito importantes. No presente trabalho são desenvolvidas e investigadas estratégias numéricas aplicadas a modelos de não-equilíbrio da absorção acompanhada por reações químicas complexas numa coluna de pratos, em ambos regimes, estacionário e não-estacionário. Para isto, considera-se uma coluna de pratos de dimensões industriais na absorção do dióxido de carbono por uma solução de Monoetanolamina (MEA) e Dietanolamina (DEA) (reações paralelas competitivas) . O modelo de não-equilíbrio desenvolvido (modelo de duas fases) é formado pelas equações referentes a fases gás, fase líquido e a modelos ou teorias para descrição da transferência de massa com reação entre as fases. O cálculo dos fluxos de transferência de massa entre as fases em cada estágio da coluna requer a complexa solução de um sistema de equações diferenciais acopladas ordinárias (e muitas vezes parciais), referentes a considerar-se o fenômeno de transferência representado respectivamente, pela teoria de duas resistências (considerando o regime estacionário) ou o modelo do filme-penetração (regime não-estacionário). Na estratégia numérica desenvolvida para o modelo baseado na teoria de duas resistências, utilizou-se a colocação ortogonal spline com um único ponto spline , e um único ponto no segundo elemento. Esta metodologia é também utilizada na solução das equações diferenciais parciais não-lineares acopladas, originadas do modelo em regime não-estacionário (modelo do filme-penetração). Esta última estratégia envolve a conversão das equações diferenciais parciais (EDP's) em equações diferenciais ordinárias EDO' s (Métodos das Linhas com a colocação ortogonal spline) e utiliza a subrotina DASSL (petzold,1989) para a solução do sistema de equações algébricas diferenciais (EAD's) formado. Na estratégia numérica desenvolvida para simulação no regime estacionário, do equipamento de contato gás-líquido (coluna completa), a teoria de duas resistências (fluxos mássicos entre as fases) foi considerada. Nesta estratégia os fluxos de massa entre as fases e as fases gás e líquido são tratadas separadamente (modelo de duas fases). As equações correspondentes a teoria de duas resistências foram resolvidas utilizando a colocação ortogonal "spline" com o método de Newton-Raphson para solução do sistema algébrico não-linear gerado. Os balanços de massa das fases gás e líquido foram resolvidos utilizando respectivamente o método de Runge-Kutta e a solução de equações algébricas derivadas da estequiométria das reações para a fase líquida. Para superar a demanda computacional exigida na solução dos modelos de nãoequilíbrio, foi introduzida e investigada uma metodologia que envolve o desenvolvimento de uma Rede Neural para obter os fluxos mássicos entre as duas fases em cada estágio. A Rede Neural (treinada com dados simulados de fluxos mássicos entre as fases gás e líquido) foi acoplada ao sistema de equações para a fase gás e líquido (modelo de duas fases), resultando este conjunto de equações em um modelo denominado de neural-híbrido. O sistema de equações algébricos diferenciais (EAD's) originados com esta estratégia numérica, para o modelo completo da coluna no regime dinâmico, foi resolvido com a utilização da subrotina LSODAR . Os resultados obtidos indicaram que, no futuro, as estratégias desenvolvidas poderão ser utilizadas na otimização e controle de processos de absorção gás-líquido com reações químicas Abstract: Gas absorption with chemical reactions is a very common industrial separation processo Until now the traditional equilibrium stage model have been the main tools to the design and unsteady state simulations of the gas-liquid contact equipment. The nonequilibrium model based on mass transfers' fundamentais presents a more realistic description of the gas-liquid interaction processo In the Non-equilibrium model, is very important the description of mass transfers of gas-liquid interface in both, unsteady and steady state. The present work shows numerical strategies to solve a non-equilibrium model of absorption accompanied by complex chemical reaction on plate columns in both, unsteady and steady state. The absorption of carbon dioxide in aqueous solution of MEA and DEA (parallel chemical reactions) in an industrial plate column was considered. The Non-equilibrium model (two phasis model) is formed of models or theory for interfacial fluxes description and bulk phasis equations at each stage (gas and liquid). The mass transfer rate between the two phases in each stage of the column requires the complex solution of a system of simultaneous coupled ordinary (and perhaps partial) differential equations. In the numerical strategy for solving the two-resistance theory (twofilm model), The solution of the set of equations was obtained using a computational scheme though orthogonal collocation on finite elements (spline collocation) with one point spline and with one point in the second element. Also this methodology is applied to the solution of nonlinear-coupled partial differential equations considering unsteady state mo deI ( film-penetration model ) for mass-transfer at interface. The last application involves the conversion ofthe PDEs to ODEs (method oflines) and the use ofthe DASSL solver (Petzold, 1989) for the nonlinear differential and algebraic equation (DAE) system. In the numerical strategy for solving the steady state simulations of this gas-liquid contact equipment ( complete column), the two-resistance theory was considered. In this numerical algorithms the film and the bulk phase's equations are treated separately. The equations for the two-resistance theory was solved using spline orthogonal collocation type of discretization schemes with Newton-Raphson method for solving the nonlinear algebraic system created. The bulk phase's balances were solved using the fourth-order Runge-Kutta method for gas phase and algebraic equation system from mass balance for liquid phase. The aim of this work is to present an altemative way to overcome the computational demand and slowness to solve the non-equilibrium models for both the unsteady and steady state. The methodology involves the development of the neural networks to obtain the mass flux between the two phases in each stage. The neural networks coupled to the equation system for each bulk phase in each stage result in a hybrid-neural model. The differential and algebraic equation (DAE) systems also created with these numerical strategies for the complete columns model was also solved with LSOLDAR The last numerical strategies explain and investigated in this work proved to be useful, requires little computational demand with results agreement with the literature data. This strategy is more efficient than others when considering the computational time. The numerical strategies explain and investigated in this work proved that is not impossible use the non-equilibrium model in study of Gas absorption with chemical reactions. This fact could be a good reason for future use of those strategies in optimization and control of absorption process Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Sandra Lucia da Cruz, Roger Josef Zem Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Este trabalho visa o estudo do processo de desproporcionamento do tolueno. Industrialmente estas unidades são constituídas pela (i) seção de reação, (ii) seção de separação e (iii) seção de reciclo. Com o aumento da demanda de benzeno a seção de separação torna-se potencialmente favorável a redução dos custos de processamento. Este estudo se dirige portanto, no sentido de diminuir o custo total da seção de separação, realizada por destilação, dos produtos da reação. Métodos de síntese e integração de seqüências de colunas de destilação são as ferramentas utilizadas para a análise deste problema. Nos capítulos iniciais são apresentadas as técnicas mais utilizadas em síntese e integração de colunas: os métodos heurísticos (a partir da experiência de projetos anteriores), as equações preditivas, a inteligência artificial e os métodos aproximados são os mais aplicados. Nas técnicas de integração energética, destaca-se o LQ8T e a programação não linear. Os produtos da reação de desproporcionamento do tolueno e portanto, alimentação das colunas, se realizam com diferentes composições. a método utilizado parte de um balanço de energia no trocador de integração que no final resultará no acréscimo de um refervedor ou de um condensador na coluna integrada. Independente do acréscimo destes equipamentos, cada coluna de destilação na seqüência integrada possui um condensador e um refervedof.. a método proposto é computacional, e fornece o custo total de uma detenninada seqüência de destilação, bem como, as possíveis melhores formas de integração. a mesmo procedimento é realizado para seqüências apresentando colunas com saída lateral. Comparações são realizadas entre as seqüências não integradas de modo a se obter a seqüência mais econômica. Por fim a integração destas seqüências é analisada e seu resultado é incorporado aos dados anteriores obtidos para avaliação. Neste trabalho estão incluídos o desenvolvimento de um método simplificado baseado nas temper*as de topo e base das colunas na seqüência. E uma análise de como a alimentação (componentes, volatilidade, vazão, etc) afeta a escolha da melhor seqüência de destilação convencional e com saída lateral Abstract: This work's goal is to study the process of disproportionation oftoluene. lndustrially this process is composed of the units (i) reaction section, (ü) separation section and (iii) recycling section. The incline in the demand of benzene makes the separation section become potentially favourable to the reduction of processing costs. Therefore the orientation of this study is to reduce the total cost of the separation section of the products reaction performed by distillation. The tools used in the analysis of the problem are the synthesis methods and the sequential integration of the distillation columns. The first chapters presents the techniques often used in the synthesis and integration of columns: the heuristic methods (based on experiences from previous projects), the predictive equations, artificial intelligence and the approximate methods are mostly applied. During the integration, the SQ?T and the non-linear programming are more relevant. The products from the disproportionation of toluene and subsequently from the columns' feeding take place via different compositions. The computational method was selected as it offers the total cost of an established sequence of distillation, as well as the best possible forms of integration. The same procedure is done on sequences presenting lateral exits for their columns. Comparisons are performed among non-integrated sequences to obtain the most economic sequence. Finally the integration of these sequences is analysed and its results incorporated to previous data collected for the evaluation. This work includes the development of a simplified method for obtaining integrated sequences as well as the analysis of how feeding (components, volatility, flowing, etc) affects the choice of the best distillation sequence. This study also covers columns with lateral exit Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: : Uma técnica amplamente utilizada na produção de etanol é a destilação azeotrópica benzeno, cuja propriedade cancerígena é bastante conhecida. Um processo alternativo, ecologicamente viável, é a destilação extrativa salina. O emprego de um sal solúvel na desidratação do etanol possibilita uma redução no consumo energético, além de produzir um etanol livre do agente de separação. Uma etapa importante na produção de etanol anidro através da destilação extrativa salina é a recuperação do sal para posterior reutilização na coluna de destilação. Dois fluxogramas de processos foram propostos para a produção de etanol anidro através da destilação extrativa com acetato de potássio, os quais diferem basicamente na etapa de produção do etanol. Em um dos processo, a alimentação aquosa diluída de etanol é submetida diretamente à destilação extrativa com acetato de potássio, sendo que a recuperação do sal é realizada num sistema de evaporação de múltiplo efeito e numa câmara de secagem ¿spray¿. No segundo processo, a alimentação de etanol é submetida à pré-concentração numa coluna de destilação sem sal e posteriormente submetida à destilação salina, sendo que a recuperação do acetato de potássio é realizada unicamente numa câmara de secagem ¿spray¿. Os equipamentos utilizados nos processo foram simulados individualmente e conectados entre si para a simulação global da planta... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: One technique has been used largely in production of anhydrous ethanol is azeotropic distillation with benzene, which carcinogenic properties are well-known. An alternative process, ecologically viable, is extractive distillation by salt effect. The use of a soluble salt in dehydration of ethanol allows a reduction in energy requirement, besides producing en ethanol free of separating agent. An important stage in the production of anhydrous ethanol by extractive distillation with salt is the salt recovery to be reused in the distillation column. Two process flowsheets were proposed to the production of anhydrous ethanol by extractive distillation with potassium acetate, which differ basically in ethanol production stage. In one of these processes, the aqueous dilute ethanol feed is submitted directly to extractive distillation with potassium acetate and the recuperation of the salt is realized in a multiple effect evaporation system and in a spray dryer. In the other process, the ethanol feed is submitted to preconcentration in a distillation column free of salt and afterwads submitted to salt distillation and the recuperation of the potassium acetate is realized solely in a spray dryer. The equipament utilized in processes were simulated individually and connected among themselves in order to proceed the global simulation of the plant... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Alcidio Abrão Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientadores: Elias Basile Tambourgi, João Alexandre F. R. Pereira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Nos últimos anos a extração líquido-líquidotem se tornado cada vez mais importante na Engenharia Química, e considerável atenção tem sido dispensada ao desenvolvimento de tipos mais eficientesde extratores. Dentre os extratores mecanicamente agitados, ou os que apresentam maior desempenho, nos processos de separação, as colunas pulsadas destacam-se como equipamentos cuja agitação se processa na direção de escoamento das correntes líquidas, favorecendo assim o maior contato entre as fases presentes. O desenvolvimento das colunas pulsadas normalmente envolve a análise de vários estudos que estão diretamente relacionados com o desempenho destes equipamentos. Dentre eles destacam-se a dispersão axial, a retenção da fase dispersa e a transferência de massa como de grande importância na avaliação deste tipo de coluna. No presente trabalho é desenvolvido um extrator de pratos perfurados pulsantes, com o objetivo da obtenção de dados teóricos que possam vir a contribuir para um maior aprimoramento dos conhecimentos existentes na literatura atual sobre este equipamento. São analisadas a dispersão axial, a retenção da fase dispersa e a transferência de massa, existente no equipamento através dos dados experimentais do coeficiente de dispersão axial, da tração de retenção da fase dispersa e da eficiência de separação, respectivamente. São analisadas as influências de vários parâmetros, operacionais e de construção, no desempenho da coluna e correlações de modelagem para cada estudo são propostas Abstract: Over recent years liquid-liquid extraction have become of increasing importance to chemical engineering, and the development of more efficient extractors has deserved increasing interest. Among the mechanical agitated extractors, pulsed columns have been shown to present better performance over other extractors, as the mixing occurs in the direction of de liquid flow, increasing the contact between the phases. Pulsed columns can be classified in columns with pulsed flows, and columns with pulsed plates. In the former the plates are fixed to the column and the pulsed across the column by means of a reciprocating pump. In the latter the plates follow a pulsed movement inside the column. Most of the work about pulsed columns found in the literature is restricted to extractors with pulsed flows. This is probably due to the relative simplicity of construction of these columns. In this work an extraction column with pulsed plates is constructed, with the objective to gather experimental data leading to a better understanding of the behaviour of extraction columns with pulsed plates. Axial dispersion, holdup and mass transfer are analysed using experimental data about the dispersion coefficient, the ftaction of holdup and the efficiency of separation, respectively. The influence of the different operating and design parameters on the performance of the columns are also analysed. Correlations and models for the column are proposed. Doutorado Doutor em Engenharia Química

The detailed study of the screen operation considering cause and effect amongst several involved operational variables takes a prominent position regarding the solid-liquid separation. The general objective of this dissertation was the initial study of the vibrating screening that can be extended to the solid control in drilling rigs and the specific goal of this work was to assess the effects of screen aperture, volumetric concentration of solids in the feed and vibration (or g-force) upon the moisture of the retained material, the overall granulometric e fficiency of separation and the cut diameter by using a suspension of phosphatic rock and xanthan gum diluted in water. An experimental design 3k was created to execute the experiments, where the screen apertures were 95, 106 and 130 µm, volumetric concentration of solids in the feed 1, 2 and 3% and g-force of magnitude 1.00, 2.25 and 3.50. For the performance of the experiments, a pilot scale vibrating screen was used that processed 159 liters in 18 minutes. The results showed that the minimum moisture was obtained with the screen of 95 µm, volumetric concentration of 1% and vibration of magnitude 1.0 g, whereas for the overall granulometric efficiency the maximum condition was with 106 µm screen aperture, concentration of 1% and vibration of 1.0 g. The optimal point covering high efficiency and low moisture was achieved with 95 µm screen aperture, volumetric concentration between 2 and 3% and the least intense vibration(1.0 g). For the cut diameter the results obtained for each screen showed that its value decreased with the use of more intense vibration. The results obtained in the developed work are important to understand the main operational aspects in the solid-liquid separation by using shale shakers. O estudo detalhado do funcionamento de uma peneira vibratória, contemplando a relação de causa e efeito entre as diversas variáveis operacionais envolvidas, assume papel de destaque no que se refere à separação sólido-líquido. O objetivo geral desta dissertação foi o estudo inicial do peneiramento vibratório, que pode ser estendido para o controle de sólidos em unidade de perfuração de poços de petróleo, sendo que o objetivo específico deste trabalho foi a avaliação dos efeitos da abertura da tela, concentração volumétrica de sólidos na alimentação e vibração (ou força-g) da peneira sobre o teor de umidade dos sólidos retidos, a eficiência granulométrica global de separação e o diâmetro de corte de cada tela utilizando uma suspensão de rocha fosfática diluída em água e goma xantana. Um planejamento de experimentos 3k foi criado para a execução dos experimentos, onde as aberturas das telas foram 95, 106 e 130 µm, concentração volumétrica de sólidos na alimentação de 1,0; 2,0 e 3,0% e força-g de intensidade 1,00; 2,25 e 3,50. Para a realização dos experimentos, foi utilizada uma peneira vibratória em escala piloto que processava 159 litros de suspensão em 18 minutos. Os resultados indicaram que o mínimo teor de umidade foi alcançado com a tela de 95 µm de abertura, concentração volumétrica de sólidos de 3% e força-g de intensidade 1,0; enquanto que para a eficiência granulométrica global a condição máxima foi obtida com tela de abertura 106 µm, concentração de 1% e vibração de 1,0 g. O ponto ótimo de operação contemplando alta eficiência e baixo teor de umidade foi alcançado com a tela de 95µm de abertura, concentração volumétrica entre 2 e 3% e a vibração menos intensa (1,0 g). Para o diâmetro de corte os resultados obtidos para cada tela indicaram que o seu valor diminuiu com o emprego da força-g mais intensa. Os resultados obtidos no trabalho desenvolvido são importantes para compreender os principais aspectos operacionais na separação sólido-líquido utilizando peneiras vibratórias. Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Regina Wolf Maciel Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: No Brasil, o bioetanol é usado para substituir a gasolina, compondo uma porcentagem desta ou sendo usado como combustível alternativo. Esta tendência de substituição dos combustíveis fósseis vem se fortalecendo em âmbito global, sendo necessárias, portanto, alternativas e propostas que viabilizem o aumento da produção de forma economicamente e ambientalmente sustentável. Neste contexto, a otimização energética do processo de separação do bioetanol visa à disponibilização de bagaço de cana-de-açúcar, usado como combustível na geração de vapor de processo, para a produção de bioetanol através do processo de hidrólise. Para tanto, inovações ao processo são essenciais e melhoramento na representação de modelos torna-se necessário para estudos e avaliações. Neste trabalho, simulações da etapa de destilação para a produção de álcool hidratado assim como da etapa de desidratação do bioetanol foram realizadas utilizando o simulador Aspen Plus®. Visando um estudo dentro de um cenário mais realista, a modelagem de estágios de não equilíbrio foi utilizada para prever o comportamento das colunas de destilação envolvidas. Além disso, o uso da correlação de Barros e Wolf para a determinação de eficiência na modelagem de estágios de equilíbrio em colunas de destilação foi avaliado. A comparação entre as modelagens de estágios de equilíbrio e não equilíbrio para as destilações convencional e extrativa indicou que a associação da correlação de eficiência de Barros e Wolf à modelagem de estágios de equilíbrio fornece predições satisfatórias tendo como referência a modelagem de estágios de não-equilíbrio. Para a destilação azeotrópica, o estudo de formação de duas fases líquidas na coluna foi realizado, indicando que os parâmetros de processo, como posição de alimentação, possuem influência significativa. O estudo da fermentação extrativa a vácuo, como configuração alternativa às etapas de fermentação e concentração, revelou seu potencial para redução do consumo de energia na etapa de destilação subseqüente, sendo uma alternativa viável para intensificação de processos Abstract: In Brazil, bioethanol is used to replace gasoline, being a percentage of this or used as an alternative fuel. This trend of replacing fossil fuels has gained strength globally, necessitating, therefore, alternatives and proposals to enable the increase of production in an economically and environmentally sustainable way. In this context, the energy optimization of the bioethanol separation aims the provision of sugarcane bagasse, used as fuel in process steam generation, for bioethanol production through the hydrolysis process. Consequently, innovations to the process are essential and improvement in the representation of models is required for studies and evaluations. In this work, simulations of the distillation step for the production of hydrous bioethanol and the bioethanol dehydration were performed using the simulator Aspen Plus®. In order to study a more realistic scenario, nonequilibrium stage model was used to predict the behavior of the involved distillation columns. Furthermore, the use of Barros and Wolf correlation for the determination of efficiency in equilibrium stage model for distillation columns was evaluated. The comparison between equilibrium and nonequilibrium stage models for conventional and extractive distillation processes indicated that the association between Barros and Wolf efficiency correlation and equilibrium stage model provides satisfactory predictions considering the nonequilibrium stage model as reference. For azeotropic distillation, formation of two liquid phases inside the column was studied, indicating that process parameters, such as feed position, have significant influence. The study of vacuum extractive fermentation, as an alternative configuration to fermentation and concentration steps, showed its potential for reducing energy consumption in the subsequent distillation step, and it seems a viable alternative to process intensification Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Antonio Carlos Luz Lisboa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: As zeólitas são materiais cristalinos porosos encontrados sob forma natural ou sintética com alto poder adsorvente. O estudo deste material como adsorvente industrial foi iniciado em meados dos anos 50. O campo de aplicações das zeólitas é vasto. Podemos citar seu uso como adsorventes para purificação de gases e líquidos, como catalisadores para refino de petróleo e na síntese de produtos orgânicos. O objetivo deste trabalho consiste da caracterização e simulação do processo de adsorção de nitrogênio de uma zeólita. Análises físicas e químicas foram feitas para a caracterização deste material. Pode-se concluir que a zeólita sob a forma de grãos é higroscópica, similar ao tipo faujasita e possui uma grande área superficial 593 m2 g-1. A partir desta última análise (BET), o modelo sofreu uma adaptação para Langmuir para simular o processo de adsorção de nitrogênio pela zeólita. A simulação de uma unidade de separação de gases (nitrogênio e oxigênio) a partir do ar foi realizada através do processo PSA (pressure-swing adsorption) com o auxílio do software MATLAB. Esse processo consiste da adsorção seletiva de gases por meio dos poros do sólido. O programa mostrou que o processo de adsorção de nitrogênio é rápido com duração de segundos devido à afinidade do gás pelo material e ao tipo de processo envolvido. Abstract: Zeolites are crystalline porous materials found naturally or synthetically manufactured with high adsorbent power. The study of this material as an industrial adsorbent began in the mid 50's. The fields of zeolite application are rather wide. Zeolites have been used as adsorbents for purification of gases and liquids, as catalysts for petroleum refinig and for synthesis of organic products. The objective of this work was to characterize a sample of zeolite X and to simulate a nitrogen adsorption pilot unit. Physical and chemical analyses were made for the characterization of this material. Its possible to conclude with characterization data that zeolite is higroscopic, similar to faujasite type, and large superficial area 593 m2 g-1. With this last analysis (BET), the model was adapted to langmuir in order to simulate the nitrogen adsorption process onto zeolite. The simulation of a gas separation unity (nitrogen and oxygen) from air was realized through PSA process (pressure-swing adsorption) using the MATLAB software. This process consists selective adsorption of gases through the porous of solid. The program showed that nitrogem adsorption process is fast with seconds of duration due to afinity of the gas for zeolite and the kind of the process involved. Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2021. A recente evolução no campo dos equipamentos de destilação levou ao desenvolvimento de novas tecnologias termodinamicamente mais eficientes. Destaca-se as colunas de destilação de filme descendente energeticamente intensificadas da Tecnologia Destubcal, que combinam as funcionalidades de uma coluna de destilação de filme descendente e um termossifão bifásico em uma única unidade compacta. Apesar do recente progresso tecnológico em busca da consolidação destas unidades na área de separação de misturas, a falta de conhecimento sobre o comportamento dinâmico destas colunas de destilação limita a progressão industrial desta tecnologia. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é investigar experimentalmente o comportamento dinâmico do processo de separação de uma mistura binária de etanol e água nas duas unidades de destilação Destubcal (Unitubular e Multitubular), confrontando-se as duas configurações de aquecimento possíveis (isotérmico e com perfil axial de temperatura). Primeiramente, identificou-se as etapas do procedimento de partida das unidades piloto de destilação de película descendente aquecidas por termossifão bifásico, que foi caracterizada como tendo três fases distintas: (1) etapa descontínua; (2) etapa semicontínua; e (3) etapa contínua. Confrontando-se as unidades de destilação Unitubular e Multitubular frente à operação da partida, não se mostraram diferenças relevantes entre estas quanto ao tempo requerido para estabelecimento de cada etapa. Comparando-se as configurações de aquecimento isotérmico e com perfil axial de temperatura, foi evidenciado uma ligeira tendência a se obter dinâmicas de inicialização mais rápidas para a configuração de aquecimento isotérmico. Do ponto de vista energético, o procedimento de partida com a câmara de vapor operando sob a configuração de aquecimento com perfil axial de temperatura, quando comparada com a configuração de aquecimento isotérmico, propiciou uma redução na demanda energética em 30,3% para a unidade de destilação Unitubular e de 17,0% para a unidade de destilação Multitubular. Quando comparada com uma coluna de destilação convencional (dados da literatura), a destilação de filme descendente intensificada se apresenta como uma opção promissora para o enriquecimento de etanol, em que obteve-se uma economia de energia de 15,06% e redução de 62,96% na altura do equipamento de destilação. Além disso, o uso desta nova proposta tecnológica favoreceu uma dinâmica de inicialização mais rápida em relação a coluna de destilação convencional. Em segunda instância, as respostas dinâmicas das duas unidades de destilação Destubcal frente a perturbações nas principais variáveis de entrada do processo também foram investigadas. As respostas transientes obtidas permitem concluir que a câmara de vapor operando sob a configuração de aquecimento isotérmico apresentou dinâmicas mais rápidas, em ambas as unidades de destilação Destubcal. Quando se compara a mesma configuração de aquecimento, ambas as unidades de destilação Destubcal apresentaram respostas relativamente próximas. Por fim, o comportamento transiente da unidade de destilação Multitubular frente às perturbações, quando comparada com o comportamento de uma unidade de destilação convencional (dados da literatura), apresentou tendência positiva à obtenção de respostas mais rápidas frente a possíveis perturbações, evidenciando o grande potencial da tecnologia de destilação por filme descendente intensificada energeticamente para substituir as colunas de destilação convencionais. Abstract: Recent developments in equipment for the distillation field have led to the creation of new energy-efficient distillation technologies, with emphasis on thermosyphon-assisted falling film distillation columns (Destubcal Technology), which combine the functionality of a falling film distillation column and a biphasic thermosiphon device in a single apparatus. Despite the recent technological progress in the search for the consolidation of falling film distillation columns coupled to a biphasic thermosiphon device in the area of separation of mixtures, the lack of knowledge about the dynamic behavior of thermosyphon-assisted falling film distillation columns limits the industrial progression of this emerging technology. In this sense, the objective of this work is to experimentally investigate the dynamic behavior of the two Destubcal distillation columns (Single-tube and Multi-tube), applied to ethanol-water separation, confronting the two possible heating configurations (isothermal and with axial temperature profile). Firstly, the stages from the starting procedure of the falling film distillation columns heated by a two-phase thermosiphon were identified, which was characterized as having three distinct phases: (1) discontinuous step; (2) semi-continuous step; and (3) continuous step. Comparing the Single-tube and Multi-tube distillation columns with respect to the startup procedure, there were no relevant differences between them in terms of the time required to establish each stage. There is a slight tendency to obtain faster initialization dynamics for the isothermal heating configuration when compared to the heating configuration with the axial temperature profile. From the energetic point of view, the startup procedure with the steam chamber operating under the heating configuration with the axial temperature profile, when compared with the isothermal heating configuration, providing a reduction in energy demand by 30.3% for the Single-tube distillation column and 17.0% for the Multi-tube distillation column. When compared to a conventional distillation column (data from the literature), energy-intensified falling film distillation can be regarded as a promising option for ethanol enrichment, resulting in an energy saving of 15.06% and a reduction of 62.96% in distillation column height. Also, the use of this new technological proposal favored a faster startup concerning the conventional distillation column. In the second place, open-loop transient response was evaluated from the effects of disturbances on operating parameters. From obtained transient responses it was concluded that that the steam chamber operating under the isothermal heating configuration presented faster dynamics, in both Destubcal distillation columns. When comparing the same heating configuration, both Destubcal distillation columns showed relatively close responses. Finally, the transient behavior of the Multi-tube falling film distillation column in the face of disturbances, when compared to the behavior of a conventional distillation column (data from the literature), showed a positive tendency to obtain faster responses in the face of possible disturbances, showing the great potential of energy-intensified falling film distillation technology to replace conventional distillation columns.

As ações humanas ao longo dos anos têm despertado preocupação devido ao seu potencial poluidor, causando o aumento da emissão de gases de efeito estufa na atmosfera. Para separar esses gases, membranas poliméricas têm sido utilizadas, pois essa tecnologia tem se mostrado promissora e apresenta um menor consumo de energia quando comparada a outros processos de separação. Neste estudo, o efeito de aditivos de carbonato de cálcio (CaCO3) e pó de ostras foi avaliado em membranas poliméricas de poliuretano (PU). As membranas foram preparadas com diferentes concentrações de CaCO3 e pó de ostras [0,05 e 0,10% (m/m)] e obtidas pela técnica de inversão de fases com uso de duas técnicas distintas, imersão-precipitação e evaporação do solvente, variando a espessura das membranas em torno de 51 micrômetros a 83,7 micrômetros. As membranas obtidas foram testadas na separação dos gases metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) puros e misturas (40% CO2/60% CH4 e 30% CO2/70% CH4 - m/m), que são os principais contribuintes para o aumento do efeito estufa. Para caracterizar as membranas foram utilizadas as técnicas de microscopia de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), calorimetria exploratória diferencial (DSC), testes de permeabilidade e seletividade. A permeabilidade e seletividade das misturas dos gases (CO2 e CH4) foram quantificadas por cromatografia gasosa (CG). Os resultados de MEV mostraram uma morfologia densa das membranas com um aumento do volume-livre quando adicionados os aditivos na estrutura do PU. De acordo com os resultados de FTIR, as membranas obtidas não sofreram mudanças na estrutura do PU. Nas análises de DSC houve alteração da estrutura cristalina do polímero, identificada no evento de fusão e confirmada pela mudança da cristalização no resfriamento. Nos ensaios de permeabilidade e seletividade para os gases puros a membrana CC5-10IP apresentou maior permeabilidade (1407 Barrer para o CH4 e 852 Barrer para o CO2). As membranas PO5-10EV e PO10-5EV apresentaram os melhores resultados de seletividade, quando testadas à pressão de 200, 250 e 300 kPa, não apresentaram fluxo de permeado para o CO2, demonstrando afinidade à passagem do CH4. Para as misturas de gases, a permeabilidade diminui com o aumento da pressão aplicada, na mistura de gases com 70% de CH4 e 30% de CO2, a permeabilidade da membrana PU-5EV foi de 2044 Barrer em uma pressão aplicada de 200 kPa e decaiu para 1446 Barrer quando aplicada uma pressão de 600 kPa. A membrana CC5-10IP apresentou em 200 kPa uma permeabilidade de 272 Barrer e decaiu para 211 Barrer quando aplicada uma pressão de 600 kPa. De forma geral, as membranas apresentaram maior permeabilidade para o gás CH4, devido uma maior afinidade do gás com a matriz polimérica. A adição de CaCO3 e do pó de ostras na composição da membrana polimérica contribui para o aumento da permeabilidade dos gases testados, devido ao aumento do volume-livre.[resumo fornecido pelo autor] Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES Human actions over the years have aroused concern due to their polluting potential, causing an increase in the emission of greenhouse gases into the atmosphere. To separate these gases, polymeric membranes have been used, as this technology has shown to be promising and presents a lower energy consumption when compared to other separation processes. In this study, the effect of calcium carbonate (CaCO3) and oyster powder additives was evaluated on polymeric polyurethane (PU) membranes. The membranes were prepared with membranes with different concentrations of CaCO3 and oyster powder [0.05 and 0.10% (m/m)], and were obtained by the phase inversion technique using two different techniques, immersion-precipitation and solvent evaporation, with membrane thickness ranging from 51 micrometers to 83.7 micrometers. The membranes obtained were tested in the separation of pure methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) gases and mixtures (40% CO2/60% CH4 e 30% CO2/70% CH4 - m/m), which are the main contributors to the increase in the greenhouse effect. Scanning microscopy (SEM), infrared spectrometry with Fourier transform (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), permeability and selectivity tests were used to characterize the tested membranes. The permeability and selectivity of gas mixtures (CO2 and CH4) were quantified by gas chromatography (CG). The SEM results showed a dense membrane morphology with an increase in free volume when adding additives to the PU structure. According to the FTIR results, the membranes obtained did not change the structure of the PU. In the DSC analyzes there was a change in the crystalline structure of the polymer, identified in the melting event and conformed by the change in crystallization in cooling. In the permeability and selectivity tests for pure gases, the CC5-10IP membrane showed greater permeability (1407 Barrer for CH4 and 852 Barrer for CO2). The PO5-10EV and PO10-5EV membranes showed the best selectivity results, when tested at a pressure of 200, 250 and 300 kPa, they did not present a permeate flow for CO2, showing affinity to the passage of CH4. For gas mixtures, the permeability decreased with increasing pressure applied, in the gas mixture with 70% CH4 and 30% CO2, the PU-5EV membrane permeability was 2044 Barrer at an applied pressure of 200 kPa and it dropped to 1446 Barrer when a pressure of 600 kPa was applied. The CC5-10IP membrane showed a permeability of 272 Barrer at 200 kPa and dropped to 211 Barrer when a pressure of 600 kPa was applied. In general, the membranes showed greater permeability for CH4 gas, due to a greater affinity of the gas with the polymeric matrix. The addition of CaCO3 and oyster powder to the composition of the polymeric membrane contributes to the increased permeability of the gases tested, due to the increase in free volume. [resumo fornecido pelo autor]

A poluição e contaminação dos recursos hídricos por resíduos de processos produtivos é um problema mundial que surgiu a partir da Revolução Industrial, mas apenas nas últimas décadas a preocupação com a destinação dos efluentes contaminados começou a ser uma preocupação devido à escassez de recursos naturais como, por exemplo, da água. Alguns processos podem ser utilizados no tratamento de efluentes como, por exemplo, a eletrodiálise, que é uma técnica de separação por membranas iônicas, ou seja, que possuem cargas em sua matriz, e tem sido considerada por muitos como uma das mais promissoras tecnologias limpas. Nesta técnica, os íons que não conseguem ser retidos pelas membranas catiônicas ou aniônicas são transportados da alimentação (solução diluída) para a solução concentrada por influência da corrente elétrica gerada por uma fonte através de uma diferença de potencial. A grande vantagem desse método é tratar grandes volumes de efluentes gerando como resíduo final um pequeno volume de solução contaminada com grandes concentrações de íons tóxicos. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar a eletrodiálise no tratamento de efluentes sintéticos provenientes de curtumes, os quais são contaminados com cromo (VI) na forma do íon Cr2O7-2. Para tanto, as concentrações inicias de cromo hexavalente foram determinadas a partir de um estudo prévio em biorreator anaeróbio, sendo adotado os valores de 10, 65 e 100 mg/L e o eletrólito empregado foi uma solução de Na2SO4 0,25 M. Avaliou-se a densidade de corrente limite da eletrodiálise, a vazão ótima de operação do sistema, a eficiência da eletrodiálise com e sem aplicação de corrente elétrica, bem como o impacto da saturação da solução concentrada no processo. Além disso, também foram estudadas estimativas para a resistência do empilhamento e do rendimento columbiométrico. Os melhores resultados forneceram como densidade de corrente limite 0,0005 A.cm-2, vazão ótima de operação 20-60-60 L/h para eletrólito, alimentação e solução concentrada, respectivamente. Foi possível verificar que a eletrodiálise com aplicação de corrente é mais eficiente do que na ausência de corrente elétrica, tendo em média mais de 90% de extração percentual de cromo hexavalente da solução diluída, pois a corrente elétrica atuou como um agente de limpeza, removendo íons das membranas quando essas já estavam saturadas, o que permite que mais volume de efluente possa entrar na unidade para receber tratamento. Em relação à solução concentrada, que no início do processo foi água destilada, percebeu-se que a máxima concentração que essa pode ter de Cr (VI) foi aproximadamente 570 mg/L de cromo (VI), pois após esse valor não foi mais possível ter a remoção de íons da alimentação mesmo com as membranas limpas. A maior estimativa da resistência elétrica ao empilhamento encontrada foi 2,1 Ohm.cm² e do rendimento columbiométrico 0,36. Por fim, sugere-se que a eletrodiálise pode ser uma técnica promissora para tratamento de efluentes contaminados com cromo, pois quando foi aplicada corrente elétrica foi possível tratar 78 litros de efluentes, gerando como resíduo apenas 4 litros uma solução contaminada, ou seja, 5% do volume total tratado. Existe ainda a possibilidade de recuperação do metal presente nesses 4 L de resíduo final, o qual poderia voltar para o processo produtivo. Pollution and contamination of water resources by productive processes is a global problem that has emerged since the Industrial Revolution, but only in recent decades has the concern about the disposal of contaminated effluents started to be a concern due to the scarcity of natural resources such as, for example, water. Some processes can be used in the treatment of effluents, such as electrodialysis, which is a separation technique by ionic membranes, that is, that have loads in its matrix, and has been considered by many as one of the most promising clean technologies. In this technique, ions that can not be retained by the cationic or anionic membranes are transported from the feed (diluted solution) to the concentrated solution by the influence of the electric current generated by a source with a potential difference. The big advantage of this method is to treat large volumes of effluents generating as final residue a small volume of solution contaminated with large concentrations of toxic ions. Thus,this work aimed to evaluate the electrodialysis in treating of synthetic effluents from tanneries, which are contaminated with chromium (VI) in the form of ion Cr2O7-2. To this end, the initial concentrations of hexavalent chromium were determined from a previous study in anaerobic bioreactor, using values of 10, 65 and 100 mg/L and the electrolyte used was a solution of 0.25 M Na2SO4. It evaluated the current density limit of electrodialysis, the optimal flow system operation, the efficiency of the electrodialysis with and without the application of electric current, as well as the impact of the saturation of the concentrated solution in the process. In addition, estimates for stacking resistance and columbiometric yield were also studied. The best results provided as a current density limit 0.0005 A.cm-2, great flow operating 20-60-60 L / h for electrolyte, feed and concentrated solution, respectively. It was possible to verify that the electrodialysis with current application is more efficient than in the absence of electric current, having more than 90% hexavalent chromium percentage extraction of the diluted solution, since the electric current acted as a cleaning agent, removing ions of the membranes when tthese were already saturated, which allows more volume of wastewater that can enter the unit to receive treatment. Regarding the concentrated solution, which early in the process was distilled water, it was noticed that the maximum concentration that could have to Cr (VI) was approximately 570 mg/L of chromium (VI), because after this value was no longer possible to have ions removed from the feed even with the membranes clean. The highest estimate of the electrical resistance to the stacking was 2.1 Ohm.cm² and the columbiometric yield 0.36. Finally, it is suggested that electrodialysis can be a promising technique for the treatment of effluents contaminated with chromium, because when electric current was applied it was possible to treat 78 liters of effluents, generating as a residue only 4 liters a contaminated solution, that is, 5 % of total volume treated. There is also the possibility of recovering the metal present in these 4 L of final residue, which could return to the production process. Dissertação (Mestrado)

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Desde a criação do curso de engenharia química, houve um grande salto tecnológico. Softwares para simulação e projeto de equipamentos foram criados, porém alguns destes possuem um custo elevado, incompatíveis com orçamentos de empresas, universidades, profissionais autônomos e estudantes. Com isso, este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para o projeto e avaliação de colunas de destilação de misturas multicomponentes, considerando uma base de dados de 113 hidrocarbonetos em dois módulos operacionais diferentes, Shortcut e Rigoroso. Equações de estado cúbicas de Peng-Robinson e Soave-Redlich-Kwong foram introduzidas para a determinação dos parâmetros termodinâmicos (pressão de bolha e de orvalho, e volatilidade relativa). Para o módulo Shortcut, foi implementado o método de Fenske-Underwood-Gilliland, a fim de determinar a razão de refluxo mínimo, o número teórico de estágios, as vazões molares e temperaturas do destilado e do resíduo de fundo, e o estágio de alimentação da coluna. Já para o módulo Rigoroso, utilizou-se o método Theta, que determina as vazões molares de líquido e vapor interestágios, a temperatura de cada estágio, a composição molar do destilado e do resíduo de fundo, e o fluxo de calor no condensador e refervedor. Os resultados podem ser exportados em arquivo PDF ou podem ser transferidos para uma nova planilha para tratamento dos dados. A metodologia de desenvolvimento do software foi o do "modelo V" em VBA usando Microsoft Excel® 2013. Os resultados foram comparados com o software Aspen Hysys®. Os testes termodinâmicos, do módulo Shortcut e do Rigoroso, obtiveram erros relativos médios menores que 5%. Esta ferramenta computacional foi testada em três diferentes cursos na Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas (FEQ-UNICAMP), mostrando que o software é intuitivo, fácil de achar as informações e de calcular os exercícios mais complexos. Sendo assim, este apresentou resultados significativos visto ser uma operação complexa, permitindo facilmente o projeto de uma coluna fracionadora, podendo ser usado por estudantes de engenharia química e profissionais de diferentes áreas para expandir seus conhecimentos Abstract: Since the beginning of the chemical engineering course, there has been a great technological leap. New software were created for simulation and equipment design, nevertheless some of them have a high cost, incompatible with budgets of companies, universities, freelancers, and student. Thus, this work aims to develop a computational tool for evaluation and distillation columns design of multicomponent mixtures, considering a database of 113 hydrocarbons in two different operational modules, Shortcut and Rigorous. Peng Robinson and Soave-Redlich-Kwong cubic equations of states were introduced to determine the thermodynamics parameters (bubble and dew pressure, and relative volatility). For the Shortcut module, the Fenske-Underwood-Gilliland method was implemented in order to determine the minimum reflux ratio, the theoretical number of stages, the molar flows and temperatures of the distillate and bottom residue, and the feeding stage of the column. For the Rigorous module, the Theta method was used, which determines the interstages molar flow rates of liquid and vapor, the temperature of each stage, the molar composition of the distillate and bottom residue, and the heat flow in the condenser and reboiler. The Results can be exported as a PDF file or can be transferred to a new spreadsheet for data processing. The software development methodology was the "V model" in VBA using Microsoft Excel® 2013. The results were compared with Aspen Hysys® software. Thermodynamic, Shortcut and Rigorous modules tests resulted in a mean relative errors of less than 5%. This computational tool was tested in three different courses in the School of Chemical Engineering at University of Campinas (FEQ-UNICAMP) showing that the software is intuitive, easy to find information and to calculate the most complex exercises. Therefore, it presented significant results since multicomponents distillation is a complex operation, allowing easily a fractionating column design, that can be used by chemical engineering students and professionals from different areas to expand their knowledge Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química CNPQ 167870/2018-1 CAPES 001

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Com a crescente demanda produtiva da indústria petrolífera, faz-se necessário cada vez mais o desenvolvimento e aperfeiçoamento de sistemas, tecnologias e processos dentro das suas várias etapas. Uma delas, é o processo de separação da mistura de petróleo, água de produção e gás natural provenientes do processo de exploração de poços petrolíferos. Nesta fase, é fundamental realizar o monitoramento dos níveis dos diferentes compostos no interior dos tanques separadores, para que essas informações sirvam como variáveis de entrada no sistema de controle separador garantindo a eficiência e segurança destes equipamentos. Com base nisso, este trabalho tem o objetivo de apresentar estudo, a análise e realização de testes de um sensor capacitivo multieletrodo para monitorar em tempo real o nível dos diferentes fluidos em separadores gravitacionais aplicados na indústria do petróleo. Desse modo, é possível identificar as diferentes substâncias e interfaces presentes no interior de tanques separadores. Além disso, também foram realizados estudos preliminares sobre o uso combinado das técnicas de monitoramento capacitiva e indutiva (de modo que uma metodologia possa suprir as limitações da outra). O protótipo desenvolvido foi testado em recipientes de teste com resultados satisfatórios na medição da altura de misturas multifásicas água-óleo-ar. O protótipo pode ser facilmente instalado em separadores testes e necessitando de aprimoramentos no que tange robustez e operação em ambientes explosivos para que possa ser empregado em aplicações reais. With the increasing production demand of the oil industry, it is more and more necessary to develop and improve systems, technologies and processes within their various stages. Among them, one important process is the separation of the oil, water and natural gas from the reservoirs at processing plants. At this stage, it is essential to monitor the levels of the different compounds within the separator tanks, so that this information serves as input variable in the control systems ensuring the efficiency and safety of these equipment. Based on this, this work aims to present the study, analysis and testing of a capacitive multielectrode sensor to monitor in real time the level of different fluids in gravitational separators applied in the oil industry. In this way, it is possible to identify the different substances and interfaces present inside separator tanks. In addition, preliminary studies have also been conducted on the combined use of capacitive and inductive monitoring techniques (so that one methodology can address the limitations of the other). The developed prototype was tested in test vessels with satisfactory results for measuring the level of water-oil-air multiphase mixtures. The prototype can be easily installed on test tabs and requires improvements regarding robustness and operation in explosive environments so that it may be used in real applications.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O óleo de gérmen de milho é tradicionalmente usado no cozimento de alimentos, saladas e margarinas devido ao sabor suave e poder nutricional existente em sua composição. Atualmente, o método mais utilizado na extração do óleo de gérmen envolve o uso de solventes orgânicos, que em sua maioria, apresentam altos custos, demandam longos tempos de extração,além de níveis de flamabilidade e toxicidade consideráveis. Diante disso, buscando-se a obtenção do óleo com melhor qualidade, maior viabilidade técnica e econômica e, ainda sustentabilidade ambiental, destaca-se a extração supercrítica com o uso de CO2 como uma tecnologia limpa, inovadora, eficiente, com extratos ambientalmente amigáveis. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi o estudo da extração do óleo de gérmen de milho com o uso de dióxido de carbono e adição de cossolventes (hexano, acetona e etanol). Com o intuito de avaliar a influência da temperatura e pressão no rendimento do óleo de gérmen de milho, experimentos foram conduzidos em temperaturas de 45-85 ºC, pressão de 150-250 bar e vazão de 3 mL CO2/min, para os ensaios conduzidos apenas com CO2 supercrítico. Para os ensaios com adição de cossolventes foram utilizadas faixas de temperatura de 40-80 ºC, pressão de 250 bar e vazão de CO2 de 4 mL/min, respectivamente e vazões de cossolventes de 0,01 a 0,1 mL/min. A extração convencional com o uso dos solventes orgânicos etanol, acetona e hexano também foi realizada para efeito de comparação. As amostras de óleo extraídas foram submetidas a análises de densidade, índice de refração, acidez, peróxido, quantificação de ácidos graxos e atividade antioxidante. Os resultados mostraram que a pressão teve efeito positivo e a temperatura efeito negativo sobre o rendimento da extração com o uso de CO2 supercrítico. Os resultados de rendimento com a adição de cossolventes foram maiores do que com o uso de CO2 puro, alcançando um rendimento máximo de 13,81% com o uso de etanol, o melhor cossolvente utilizado. Na extração convencional, o uso do etanol acarretou maior rendimento de 35,70%. Além disso, as análises realizadas de densidade, índice de refração, perfil de ácidos graxos e acidez não apresentaram diferenças significativas entre os óleos obtidos pelo método convencional, uso de CO2 e adição de cossolventes. Corn germ oil is commonly used for cooking, salads, margarines and animal nutrition due to the mild flavor and nutritional power in its composition. Currently, the most widely used method of corn germ oil extraction involves the use of organic solvents, which are mostly expensive, require long extraction time, and they present considerable levels of flammability and toxicity. In order to obtain the oil with better quality, greater technical and economic viability, and environmental sustainability, the supercritical extraction with the use of CO2 stands out as a clean, innovative, efficient technology with environmentally friendly extracts. The objective of the present work was the study of the extraction of corn germ oil with the use of carbon dioxide and addition of cosolvents (hexane, acetone and ethanol). In order to evaluate the influence of temperature and pressure on corn germ oil yield, experiments were carried out at temperatures of 45-85 °C, pressure of 150-250 bar and flow rate of 3 mLCO2/min for the tests conducted with supercritical CO2. For the tests with addition of cosolvents, temperature range of 40-80 °C, pressure of 250 bar, CO2 flow rate of 4 mL/min, and cosolvents flow rates of 0.01 up to 0.1 mL/min were used. The conventional extraction with the use of organic solvents ethanol, acetone and hexane was also performed for comparison purposes. The extracted oil samples were submitted to density analysis, refraction index, acidity, peroxide index, fatty acids profile and antioxidant activity. The results showed that pressure had a positive effect and temperature had a negative effect on the yield of the extraction with the use of CO2. The yield results with the addition of cosolvents were higher than the use of supercritical CO2, reaching a maximum yield of 13.81% using ethanol. In addition, the analysis of density, refractive index, acidity, peroxide and fatty acids profile did not present significant differences between the oils obtained by the conventional method, with the use of CO2 and cosolvents addiction. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os hidrociclones são equipamentos versáteis amplamente utilizados na indústria para realizar a remoção ou classificação de uma fase discreta (líquida ou sólida) suspensa em uma fase contínua líquida, com base em um campo centrífugo, no tamanho e na densidade da fase discreta. Estes equipamentos, que são constituídos por uma parte cilíndrica e outra cônica, promovem o processo de separação através da ação de uma força centrífuga proveniente do movimento rotacional que a suspensão realiza dentro dele e têm o seu desempenho intimamente relacionado com as suas dimensões geométricas. O desempenho destes separadores pode ser quantificado através das respostas eficiência total (ET), razão de líquido (RL) e número de Euler (Eu), que representam o poder de classificação, de concentração e o consumo energético, respectivamente. Estas três respostas, normalmente, são objetivos conflitantes no projeto de hidrociclones, sendo assim faz-se necessário o uso de otimização para encontrar-se as configurações que produzem equipamentos com boa performance nos três objetivos. Além disso, para se ter confiabilidade nos resultados é importante adotar um critério de inserção de robustez na otimização, já que as dimensões dos hidrociclones podem não ser totalmente precisas, em função das limitações do processo de fabricação e dos desgastes que ocorrem com o tempo de operação. Diante disto, o presente trabalho busca realizar o projeto de hidrociclones de alto poder classificador e concentrador e baixo consumo energético, utilizando otimização robusta por evolução diferencial usando como base dados coletados experimentalmente. O efeito da inserção de robustez na geração dos modelos empíricos foi avaliado através da comparação entre os valores dos coeficientes de determinação e das funções objetivo empregadas dos modelos nominal e robusto, além da realização de uma análise comparativa de sensibilidade dos modelos. Foi constatado que o aumento no valor do parâmetro de robustez (δ) deteriora o valor do coeficiente de determinação e da função objetivo dos ajustes, além disso notou-se que para pequenos valores de δ os dois tipos de modelos são igualmente sensíveis a perturbações em seus parâmetros, já para valores maiores de δ o modelo robusto mostrou-se menos prejudicado. Os dois tipos de modelo foram utilizados para realizar-se a otimização das dimensões do hidrociclone, de forma nominal e robusta, considerando quatro estudos de caso: maximização de ET e minimização de RL (caso 1); maximização de ET e minimização de Eu (caso 2); minimização de RL e minimização de Eu (caso 3); maximização de ET, minimização de RL e minimização de Eu (caso 4). Os hidrociclones obtidos na otimização apresentam valores das respostas satisfatórios e dentro das faixas desejadas, constatou-se ainda que o aumento no valor do parâmetro de robustez da otimização promove o distanciamento das curvas em relação a curva nominal e causa uma concentração das soluções em uma determinada região do espaço dos objetivos, implicando em uma menor variedade de hidrociclones ótimos. Alguns dos hidrociclones otimizados obtidos foram selecionados para realização de testes experimentais com equipamentos de dimensões próximas a deles. Os resultados experimentais mostraram que os separadores testados obtiveram um bom desempenho. Hydrocyclones are versatile equipment largely used in industry to remove or classify a discrete phase (liquid or solid) mixed in a continuous liquid phase, based on a centrifugal field and on the discrete phase’s size and density. These equipment, which are constituted by a cylindrical and a conical part, promote the separation process by the action of a centrifugal force that comes from the rotational movement of the mixture and they have their performance closely related to their geometric dimensions. The performance of these separators can be measured by the responses total efficiency (ET), liquid ratio (RL) and Euler number (Eu), which represent the classification and concentration capacity and the energy cost, respectively. These three responses are, normally, conflicting objectives in hydrocyclones project, therefore it is necessary to use an optimization method to find out the configurations that produce good performance equipment in all three characteristics. Besides that, it’s important to adopt a robustness insertion criterion to reach reliable results, as hydrocyclone dimensions may not be totally accurate due to fabrication process limitations and wear that occur with operation. Faced with this, the purpose of this work is to project hydrocyclones with high classification and concentration capacity and low energy cost, using robust optimization by differential evolution technique basing on experimental data. The robustness introduction effect on the empirical models was evaluated through the comparison between the determination coefficient and objective function values of the nominal and robust models, besides the realization of a comparative analysis of models’ sensibility. It was verified that an augmentation in the robustness parameter (δ) makes the value of determination coefficient and objective function get worse, besides that it was noticed that the two types of model were equally sensitive to parameter perturbation when the value of δ was low, however when the value of δ was high, the robust model was less impaired than the nominal one. Both models were used to execute the hydrocyclone dimensions optimization, with and without robustness, considering four cases: maximum ET and minimum RL (case 1); maximum ET and minimum Eu (case 2); minimum RL and minimum Eu (case 3); maximum ET, minimum RL and minimum Eu (case 4). The obtained hydrocyclones presented satisfying values of the concerning responses, inside the desired range, it was also verified that the augmentation in robustness parameter value causes the robust curves to distance from the nominal ones and it reduces the objectives space, which means a smaller optimum hydrocyclones variety. Some of the optimum hydrocyclones were chosen to be used as reference in experimental tests with equipment of similar dimensions to theirs. The experimental result showed that the tested separators had a good performance. Dissertação (Mestrado)

O processo galvanotécnico é responsável por gerar efluentes que contêm metais tóxicos e substâncias recalcitrantes. As restrições quanto à qualidade do lançamento de efluentes temse intensificado. Uma alternativa para essa problemática são os processos de separação por membranas, como a osmose inversa. O presente estudo teve por objetivo analisar duas estratégias para a melhoria do desempenho de uma central de tratamentos galvânicos, compostas por suas estapas atuais de tratamento como: Tratamento físco-químico, oxidação avançada, filtração simples e trocador iônico) e a possibilidade da inserção da osmose inversa no processo existente (estratégia 1) ou a substituição do trocador iônico pela membrana de osmose inversa (estratégia 2). Neste estudo foi utilizada uma membrana de poliamida com camada seletiva de polissulfona, poisdd foi observada a eficiência das estratégias propostas perante os parâmetros ambientais, em que foram observadas remoções superiores a 92% de níquel total, 90% de cobre total, 81% de zinco total, 93% de fósforo total, 87% de demanda química de oxigênio, 90% de nitrogênio amoniacal e 100% de sólidos suspensos totais para a estratégia 1. Neste trabalho, ainda foram analisados os modelos de bloqueio pela metodologia de Hermia e avaliadas as resistências da membrana, utilizando o efluente galvânico. Os resultados mostraram que a membrana apresentou 80% de resistência por concentração para a estratégia 1 e 40% de fouling para a estratégia 2. Em ambas estratégias, o modelo de Hermia apresentou maior índice para bloqueio irreversível e padrão. Para a estratégia 1, o processo ocorreu ao longo de 180 minutos, e foi observada uma redução do fluxo de permeado de 63%. Após a limpeza química, foi observada uma recuperação do fluxo superior a 93%, sendo que os 7% que não foi possível se recuperar correspondem ao fouling irreversível. Para a estratégia 2, o processo ocorreu ao longo de 90 minutos com uma redução de fluxo de 94%. Após a limpeza a química, foi observada uma recuperação de fluxo de 71%, também mostrando a presença de fouling irreversível. Com a utilização do software Rosa 9.1 DOW, foi detectada para uma demanda de 10m³/h, a necessidade de 3 módulos de osmose inversa com 24 membranas, com uma área de filtração de 891,84 m², com uma pressão de trabalho de 6 bar de pressão e uma potência de bomba de 3,48 kWh. O software mencionado detectou problemas de CaSO4, devido às características do efluente para aumentar a vida útil das membranas. Isso implicaria em um sistema de abrandamento antes de ser submetido à osmose inversa. A avaliação econômica simplificada em comparação ao modelo atual de tratamento e a inserção de uma nova tecnologia, implicaria na instalação de um movo equipamento que triplicaria os custos atuais da central de tratamento de efluentes. Tendo em vista que os padrões de lançamento estão com níveis no limite da legislação, o novo equipamento traria segurança no cumprimento da legislação sem ficar na eminência de autuações perante o órgão ambiental. Mesmo com a estratégia 2 atendendo os padrões de lançamento e possibilitando a substituição de um processo, a estratégia 1 mostou-se mais eficaz, por apresentar menores concentrações finais, consequentemente, resultando em maior tempo de operação e maior viada útil da membrana, com menores paradas para limpezas químicas e custos operacionais. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. The galvanotechnical industry is responsible for generating effluents containing heavy metals and recalcitrant substances. The restrictions on the quality of effluent discharge have intensified. An alternative to this problem are membrane separation processes, such as reverse osmosis. The present study had the objective of analyzing two strategies to improve the performance of a galvanic treatment center, composed of its current stages of treatment as: physico-chemical treatment, advanced oxidation, simple filtration and ion exchange. Then, it was studied the possibility of insertion of the reverse osmosis in the existing process (strategy 1) or the replacement of the ion exchanger by the reverse osmosis membrane (strategy 2). For this purpose, a polyamide membrane with a selective polysulfone layer was used, where the efficiency of the proposed strategies was observed for the environmental parameter. Using strategy 1, the results were observed above 92% of total nickel, 90% of total copper, 81% of zinc, 93% of total phosphorus, 87% of chemical oxygen demand (COD), 87% of ammonia nitrogen and 100% of total suspended s’olids. The Hermia methodology and the membrane resistance, using the galvanic effluent, were also analyzed by the blocking models. The results showed that the membrane presented 80% resistance per concentration for strategy 1 and 40% of fouling for strategy 2. In both strategies, the Hermia model presented a higher index for irreversible and standard block. For strategy 1, the process occurred over 180 minutes and a permeate flux reduction of 63% was observed. After the chemical cleaning, a recovery flow superior to 93% was observed, and 7% that could not be recovered correspond to irreversible fouling. For strategy 2, the process occurred over 90 minutes with a 94% of flow reduction. After cleaning, a flow recovery of 71% was observed, also showing the presence of irreversible fouling. The Rosa 9.1 DOW software showed that for a demand of 10m³ / h it would take 3 reverse osmosis modules with 24 membranes, filtration area of 891,84 m², working pressure of 6 bar pressure and a pump power of 3.48 kWh. The mentioned software detected problems of CaSO4, due to the effluent characteristics to increase the useful life of the membranes. This would imply a slowing system before being subjected to reverse osmosis. The simplified economic evaluation compared to the current treatment model and the insertion of a new technology, would entail the installation of a moving equipment that would triple the current costs of the effluent treatment plant. Considering that the release standards are at the limit of the legislation, the new equipment would treat security in compliance the legislation without being in the eminence of notices before the environmental agency. Even with strategy 2 meeting the launching standards and allowing the substitution of a process, strategy 1 has been shown to be more effective, since it presents lower final concentrations, resulting operating bigger life of the membrane, with lower stops for chemical clean-ups and operating costs.

Submitted by Biblioteca Central (biblioteca@unicap.br) on 2018-02-16T17:32:38Z No. of bitstreams: 1 rodrigo_almeida_galdino.pdf: 1745526 bytes, checksum: 6dcdee092fcba3b3b09ac36498989ac9 (MD5) Made available in DSpace on 2018-02-16T17:32:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigo_almeida_galdino.pdf: 1745526 bytes, checksum: 6dcdee092fcba3b3b09ac36498989ac9 (MD5) Previous issue date: 2017-11-27 The state of Pernambuco is becoming increasingly industrialized and diversified array, with projects in the areas of petroleum refining, petrochemical, steel, shipbuilding and offshore industry, automotive, and electrical equipment. In the current global context, where one strives for environmental preservation, the major challenge faced by these large developments has been to ensure the quality and continuous development of its processes without compromising local environmental quality. Therefore it is of paramount importance to reduce the amount and / or improve the quality of wastewater generated by various industries and their production processes. The systems of dissolved air flotation (DAF) are more compact than alternative systems in water-oil separation, and they allow the recovery of raw materials in the treatment of these industrial effluents. In this sense, the goal of this project is to develop an effective strategy for automation and process control for a type of FAD, in the treatment of oily waters. The findings demonstrate that it is possible to maintain the level of the fluid at a reference value established by the operator using the software program LabVIEW through the application of classic proportional integral derivative controllers. Using this control tool, the efficiency of water-oil separation in the pilot flotation chamber prototype was increased to nearly 98%. O estado de Pernambuco está se tornando cada vez mais industrializado e com matriz diversificada, com empreendimentos nas áreas de refino de petróleo, petroquímica, siderurgia, indústria naval e offshore, automobilística, e de equipamentos para energia elétrica. No contexto mundial atual, onde se prima pela preservação ambiental, o grande desafio enfrentado por esses grandes empreendimentos tem sido garantir a qualidade e o desenvolvimento contínuo de seus processos, sem comprometer a qualidade ambiental local. Portanto é de suma importância reduzir a quantidade e/ou melhorar a qualidade dos efluentes gerados pelos mais diversos setores industriais e seus respectivos processos de produção. Os sistemas de flotação por ar dissolvido (FAD) são mais compactos que os sistemas alternativos na separação água-óleo, além de possibilitarem a recuperação de matéria-prima no tratamento desses efluentes industriais. Neste sentido, o objetivo deste projeto é desenvolver uma estratégia eficiente de automação e controle de nível para um processo do tipo FAD, no tratamento de águas oleosas. Os resultados obtidos demonstram que a partir da aplicação de técnicas de controladores clássicos PID, foi possível manter o nível do líquido em um valor de referência estabelecido pelo usuário a partir do software LabVIEW. Com a adoção da referida ferramenta de controle, a eficiência de separação água-óleo na câmara de flotação do protótipo piloto ficou próximo a 98 %, validando a estratégia de controle adotada.

Submitted by Biblioteca Central (biblioteca@unicap.br) on 2018-11-20T18:51:24Z No. of bitstreams: 2 renata_kelly_lima_santana.pdf: 1101025 bytes, checksum: a6b7adb81731f8710c249fee6ad58062 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2018-11-20T18:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 renata_kelly_lima_santana.pdf: 1101025 bytes, checksum: a6b7adb81731f8710c249fee6ad58062 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-20 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq A methodology was developed for the treatment of an effluent from the metalworking industry composed of water, cutting fluid and graphite. The recovery of components from an effluent from the machining process becomes complex due to the coexistence of solids such as graphite, mixed with a water-oil emulsion. Due to the use of graphite in very small particles and emulsified in water with the aid of an emulsifier, distributing in both phases (aqueous and organic), making the treatment process difficult. In general, treating such an effluent requires, in the preliminary step, the breaking of the emulsion so that the graphite dispersed in the liquid medium is recovered. The treatment was initially performed in a prototype phase separation in laboratory scale, counting on recirculation tanks, pumps, hydrocyclones and continuous decanter. In an initial stage the effluent was acidified by the addition of sulfuric acid PA as a way of breaking the solid-liquid emulsion. Subsequently, the solid phase was reered with the aid of a hydrocyclone, resulting in an overflow of the equipment of a mixture of water and residual oil. The mixture of part of the water and the water-cutting fluid, after acid destabilization of the emulsion, was separated into the continuous decanter, giving rise to a stream of cutting fluid and an aqueous phase containing residual oil, contaminated by about 130 ppm Of organic phase. The aqueous phase was then subjected to a dissolved air flotation (FAD) process, aided by a demulsifying biosurfactant in a FAD prototype, also on a laboratory scale. In order to define adequate conditions to obtain an aqueous phase with contamination level that allowed its return to the process, the operational conditions of application of the FAD technique were determined with the aid of an experimental design of the type rotational central compost (CDCR). At the end of the aqueous phase recovery process, a residual oil content of 12% was obtained, below that required by the Brazilian environmental regulatory agency (CONAMA) for discharge in water bodies, which is 20 ppm. The recoveries of graphite and cutting fluid are suggested studies for the next works. Foi desenvolvida uma metodologia para tratamento de um efluente da indústria metalmecânica composto de água, fluido de corte e grafite. A recuperação de componentes de um efluente do processo de usinagem torna-se complexa devido à coexistência de sólidos como o grafite, misturado a uma emulsão do tipo água-óleo. Devido ao uso do grafite em partículas muito pequenas e emulsionado em água com auxílio de um emulsificante, distribuindo-se em ambas as fases (aquosa e orgânica), dificultando o processo de tratamento. De modo geral o tratamento de um efluente desse tipo exige, na etapa preliminar, a quebra da emulsão para que seja recuperado o grafite disperso no meio líquido. O tratamento foi inicialmente realizado em um protótipo de separação de fases em escala de laboratório, contando com tanques de recirculação, bombas, hidrociclones e decantador contínuo. Numa etapa inicial o efluente foi acidificado através da adição de ácido sulfúrico PA como forma de quebrar a emulsão sólido-líquido. Posteriormente, foi recuperada a fase sólida com auxílio de um hidrociclone, dando origem a uma descarga pelo overflow do equipamento de uma mistura de água e óleo de corte residual. A mistura de parte da água e do água-fluido de corte, após a desestabilização ácida da emulsão, foi separada no decantador contínuo, dando origem a uma corrente de fluido de corte e uma fase aquosa contendo óleo residual, contaminada por cerca de 130 ppm de fase orgânica. A fase aquosa foi então submetida a um processo de flotação por ar dissolvido (FAD), auxiliada por biossurfactante desemulsificante em um protótipo FAD, também em escala de laboratório. Para definir condições adequadas à obtenção de uma fase aquosa com nível de contaminação que permitisse seu retorno ao processo, as condições operacionais de aplicação da técnica de FAD foram determinadas com auxílio de um planejamento experimental do tipo Delineamento Compost Central Rotacional (DCCR). Ao final do processo de recuperação da fase aquosa foi obtido um teor óleo residual de 12 %, abaixo do exigido pelo órgão brasileiro de regulamentação ambiental (CONAMA) para descarte em corpos hídricos, que é de 20 ppm. As recuperações do grafite e do fluido de corte são estudos sugeridos para os próximos trabalhos.