Prototipagem virtual como plataforma de desenvolvimento de processos industriais: aplicação da centrifugação seletiva na fermentação alcoólica

• Processo: 18/26537-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa BIOEN - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2019
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Edgar Leonardo Martinez Arias
• Beneficiário: Edgar Leonardo Martinez Arias
• Empresa: Bioprocess Improvement Consultoria e Pesquisas em Bioprocessos Ltda
• CNAE: Fabricação de álcool ; Fabricação de biocombustíveis, exceto álcool ; Fabricação de máquinas e equipamentos de uso geral não especificados anteriormente
• Vinculado ao auxílio: 18/00933-0 - Prototipagem virtual como plataforma de desenvolvimento de processos industriais: aplicação da centrifugação seletiva na fermentação alcoólica, AP.BIOEN.PIPE
• Assunto(s): Leveduras Biocombustíveis Ferramentas de prototipagem Processos industriais Centrifugação Fermentação alcoólica Floculação Contaminação Bioenergia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocombustivies | Centrifugação Seletiva | levedura | plataforma de desenvolvimento | processos industriais | prototipagem virtual | Produção Biocombustíveis

Resumo

A centrifugação é uma etapa fundamental para a competitividade das usinas brasileiras de etanol, pois permite que a massa de leveduras de interesse seja propagada apenas uma vez, sendo depois reutilizada, evitando o desvio de açúcares para este fim. O processo fermentativo nas usinas não é um processo limpo do ponto de vista da assepsia. Além da levedura de interesse, há no processo leveduras selvagens e contaminantes bacterianos. Na maioria dos casos, além de consumir açúcares em maiores proporções e gerar produtos diversos, esses contaminantes conferem ao fermento uma característica floculante, extremamente indesejável, pois diminui o desempenho do processo e causa diversos problemas operacionais. Além disto, no reciclo de leveduras por centrifugação convencional, a característica floculante é sistematicamente favorecida, pois as partículas de maior diâmetro são preferencialmente mantidas no processo. Atualmente, tem sido demonstrado que a floculação pode ter origem por contaminação bacteriana ou pela presença de cepas de levedura com características floculantes. A floculação, quando tem origem em contaminação bacteriana, pode ser revertida através de tratamento ácido e aplicação de antibióticos - uma medida corretiva com custos financeiros e ambientais. Por outro lado, quando a floculação tem origem por leveduras selvagens, faz-se necessário substituir a levedura por uma com características de interesse - uma medida de difícil aplicação no decorrer da safra. Assim sendo, a inclusão de uma etapa de centrifugação seletiva no processo fermentativo é de grande interesse industrial uma vez que permitirá fazer um controle preventivo da contaminação, através da separação dos flocos indesejáveis e da levedura de interesse, isolada e não floculante. Outra vantagem da centrifugação seletiva é que a fração floculada poderá então ser submetida à tratamento ácido e aplicação de antibióticos em um volume menor, caso a floculação seja devido à contaminação de origem bacteriana, ou, desprezada do processo através de purga no caso em que a contaminação seja causada por leveduras selvagens. Portanto, o objetivo principal deste projeto é a utilização da técnica de prototipagem virtual, através de simulação em CFD e análise de partículas, para o desenvolvimento do processo de centrifugação seletiva, por meio de modificações mínimas e precisas dos internos da centrifuga existente, de modo que se possa separar a fração floculada da fração não floculada, de interesse industrial. A técnica também auxiliaria a otimização (DOE) dos parâmetros de operação do equipamento para a nova aplicação, que seria validada em uma prova de conceito a ser realizada em escala piloto com posterior análise de viabilidade econômica e obtenção de um modelo de negócio. A centrifugação seletiva poderá ser inserida em novas configurações de processo nas usinas de produção de etanol, realizando um controle preventivo de contaminantes e aumentando o desempenho global da conversão de açúcares em etanol. A centrifugação seletiva atuará preventivamente no controle de contaminações por bactérias e por leveduras selvagens, podendo ser considerada uma "vacina física" para o processo. (AU)