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Modelagem, simulação e controle de um processo fermentativo contínuo extrativo de produção de butanol

Processo: 07/00341-1
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de julho de 2007
Vigência (Término): 30 de junho de 2011
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
Pesquisador responsável:Rubens Maciel Filho
Beneficiário:Adriano Pinto Mariano
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:08/57873-8 - Um processo integrado para produção total de bioetanol e emissão zero de CO2, AP.BIOEN.TEM
Assunto(s):Controle   Modelagem   Fermentação   Simulação   Butanóis

Resumo

Este projeto de pesquisa, vinculado ao Projeto Temático intitulado “Integração de Processos Químicos em Tempo Real” (Processo n° 1998/14384-3), objetiva o desenvolvimento de um modelo determinístico detalhado e um software capaz de representar uma tecnologia inédita para produção de butanol por fermentação contínua extrativa, uma via de produção que necessita de aperfeiçoamentos para poder se tornar economicamente competitiva em relação à via petroquímica. Os estudos de modelagem, simulação e controle serão baseados no processo de fermentação alcoólica continua extrativa desenvolvido por Atala (2004 e 2006). O modelo determinístico é baseado em equações cinéticas e de conservação de massa, sendo a modelagem feita através da aplicação de conceitos já existentes, inclusive levando-se em conta modelos termodinâmicos para o processo de extração a vácuo. Através da metodologia de planejamento experimental fracionário será avaliada a sensibilidade dos parâmetros do processo, para proposição de estratégias operacionais e também identificar faixas ótimas de operação do processo. Para isso, será utilizada a metodologia de superfície de respostas através de planejamento fatorial completo composto, aplicada ao modelo determinístico desenvolvido neste Projeto. Esta etapa visa encontrar as condições operacionais mais adequadas para a maximização do rendimento, da produtividade e da conversão em butanol. Com estas informações, será possível estabelecer uma estratégia de controle mais apropriada determinando as variáveis manipuladas com seus níveis de atuação e implementar no processo fermentativo extrativo o controlador DMC (Dynamic Matrix Control), avaliando assim, o seu desempenho e robustez.

Publicações científicas (14)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
MARIANO, ADRIANO PINTO; DIAS, MARINA O. S.; JUNQUEIRA, TASSIA L.; CUNHA, MARCELO P.; BONOMI, ANTONIO; MACIEL FILHO, RUBENS. Utilization of pentoses from sugarcane biomass: Techno-economics of biogas vs. butanol production. Bioresource Technology, v. 142, p. 390-399, AUG 2013. Citações Web of Science: 46.
MARIANO, ADRIANO PINTO; DIAS, MARINA O. S.; JUNQUEIRA, TASSIA L.; CUNHA, MARCELO P.; BONOMI, ANTONIO; MACIEL FILHO, RUBENS. Butanol production in a first-generation Brazilian sugarcane biorefinery: Technical aspects and economics of greenfield projects. Bioresource Technology, v. 135, p. 316-323, MAY 2013. Citações Web of Science: 60.
MARIANO, ADRIANO PINTO; MACIEL FILHO, RUBENS; EZEJI, THADDEUS CHUKWUEMEKA. Energy requirements during butanol production and in situ recovery by cyclic vacuum. RENEWABLE ENERGY, v. 47, p. 183-187, NOV 2012. Citações Web of Science: 25.
MARIANO, ADRIANO PINTO; MACIEL FILHO, RUBENS. Improvements in Biobutanol Fermentation and Their Impacts on Distillation Energy Consumption and Wastewater Generation. BioEnergy Research, v. 5, n. 2, p. 504-514, JUN 2012. Citações Web of Science: 41.
MARIANO, ADRIANO PINTO; QURESHI, NASIB; MACIEL FILHO, RUBENS; EZEJI, THADDEUS CHUKWUEMEKA. Assessment of in situ butanol recovery by vacuum during acetone butanol ethanol (ABE) fermentation. JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, v. 87, n. 3, p. 334-340, MAR 2012. Citações Web of Science: 45.
MARIANO, ADRIANO PINTO; QURESHI, NASIB; MACIEL FILHO, RUBENS; EZEJI, THADDEUS CHUKWUEMEKA. Bioproduction of Butanol in Bioreactors: New Insights From Simultaneous In Situ Butanol Recovery to Eliminate Product Toxicity. Biotechnology and Bioengineering, v. 108, n. 8, p. 1757-1765, AUG 2011. Citações Web of Science: 64.
MARIANO, ADRIANO P.; KESHTKAR, MOHAMMAD J.; ATALA, DANIEL I. P.; MAUGERI FILHO, FRANCISCO; WOLF MACIEL, MARIA REGINA; MACIEL FILHO, RUBENS; STUART, PAUL. Energy Requirements for Butanol Recovery Using the Flash Fermentation Technology. ENERGY & FUELS, v. 25, n. 5, p. 2347-2355, MAY 2011. Citações Web of Science: 54.
MARIANO, ADRIANO PINTO; TOMASELLA, RICHARD CLAYTON; DI MARTINO, CLARA; MORAIS, EDUARDO BERALDO; MACIEL FILHO, RUBENS; REGALI SELEGHIM, MIRNA HELENA; CONTIERO, JONAS; TAUK TORNISIELO, SAMIA MARIA; DE ANGELIS, DEJANIRA DE FRANCESCHI. Aerobic biodegradation of butanol and diesel oil blends. African Journal of Biotechnology, v. 9, n. 42, p. 7094-7101, OCT 18 2010. Citações Web of Science: 2.
MARIANO, ADRIANO PINTO; BORBA COSTA, CALIANE BASTOS; DE ANGELIS, DEJANIRA DE FRANCESCHI; MAUGERI FILHO, FRANCISCO; PIRES ATALA, DANIEL IBRAIM; WOLF MACIEL, MARIA REGINA; MACIEL FILHO, RUBENS. Optimisation of a fermentation process for butanol production by particle swarm optimisation (PSO). JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, v. 85, n. 7, p. 934-949, JUL 2010. Citações Web of Science: 10.
MARIANO, ADRIANO PINTO; BORBA COSTA, CALIANE BASTOS; DE ANGELIS, DEJANIRA DE FRANCESCHI; MAUGERI FILHO, FRANCISCO; PIRES ATALA, DANIEL IBRAIM; WOLF MACIEL, MARIA REGINA; MACIEL FILHO, RUBENS. Optimisation of a continuous flash fermentation for butanol production using the response surface methodology. CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH & DESIGN, v. 88, n. 5-6A, p. 562-571, MAY-JUN 2010. Citações Web of Science: 15.
MARIANO, ADRIANO PINTO; BORBA COSTA, CALIANE BASTOS; WOLF MACIEL, MARIA REGINA; MAUGERI FILHO, FRANCISCO; PIRES ATALA, DANIEL IBRAIM; DE ANGELIS, DEJANIRA DE FRANCESCHI; MACIEL FILHO, RUBENS. Dynamics and Control Strategies for a Butanol Fermentation Process. Applied Biochemistry and Biotechnology, v. 160, n. 8, p. 2424-2448, APR 2010. Citações Web of Science: 6.
MARIANO, ADRIANO PINTO; BORBA COSTA, CALIANE BASTOS; DE ANGELIS, DEJANIRA DE FRANCESHI; PIRES ATALA, DANIEL I.; MAUGERI FILHO, FRANCISCO; WOLF MACIEL, MARIA REGINA; MACIEL FILHO, RUBENS. Genetic Algorithms (Binary and Real Codes) for the Optimisation of a Fermentation Process for Butanol Production. International Journal of Chemical Reactor Engineering, v. 8, 2010. Citações Web of Science: 3.
MARIANO, ADRIANO PINTO; BORBA COSTA, CALIANE BASTOS; DE ANGELIS, DEJANIRA DE FRANCESCHI; MAUGERI FILHO, FRANCISCO; PIRES ATALA, DANIEL IBRAIM; WOLF MACIEL, MARIA REGINA; MACIEL FILHO, RUBENS. Optimization Strategies Based on Sequential Quadratic Programming Applied for a Fermentation Process for Butanol Production. Applied Biochemistry and Biotechnology, v. 159, n. 2, p. 366-381, NOV 2009. Citações Web of Science: 13.
MARIANO‚ A.P.; TOMASELLA‚ R.C.; DI MARTINO‚ C.; SELEGHIM‚ M.H.R.; CONTIERO‚ J.; DE ANGELIS‚ D.F.; OTHERS. Aerobic biodegradation of butanol and gasoline blends. BIOMASS & BIOENERGY, v. 33, n. 9, p. 1175-1181, 2009.

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