Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos

Autor(es)

Igor Lucas Rodrigues Dias

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
• Data de defesa: 2021-08-04

Membros da banca

Adriano Pinto Mariano; Rubens Maciel Filho; Valdir Apolinário de Freitas

• Orientador: Adriano Pinto Mariano; Jean Christophe Stefen Gilles Bonhivers

Resumo

Bactérias do gênero Clostridia responsáveis pela fermentação ABE (Acetona-Butanol-Etanol) sofrem forte inibição pelo butanol, resultando em processos diluídos com baixa eficiência energética e volume excessivo de vinhaça. Uma forma de resolver esse problema é com o uso de tecnologias de fermentação com recuperação integrada de produtos. Entre estas, destaca-se a fermentação a vácuo devido à sua simplicidade. Contudo, estudos anteriores demonstram que a etapa de condensação dos vapores gerados durante a ebulição do caldo fermentativo consome muita energia elétrica, o que encarece muito o processo. Para tentar resolver esse problema da fermentação a vácuo, desenvolvemos um sistema de condensação que se baseia em ejetores operados com solvente orgânico para a geração do vácuo. O solvente orgânico é o etileno glicol que pode ser reaproveitado na etapa de purificação dos produtos pela destilação extrativa. Foram propostas diferentes configurações para o processo com ejetores a vapor de etileno glicol. Ainda, desenvolvemos outros cenários utilizando ejetores a vapor de água e compressores. Os estudos foram realizados via simulação computacional (Aspen Plus®) e a eficiência de cada processo proposto (fermentação a vácuo/condensação/destilação) foi avaliada mediante análises energética (análise pinch) e econômica. A substituição de compressores por ejetores reduz muito o consumo de eletricidade, porém aumenta a demanda de outras utilidades. De todos os processos desenvolvidos, a planta com apenas compressores apresentou o menor custo total (209.8 US$/ton butanol) seguida da planta com ejetores a vapor de etileno glicol (233.7 US$/ton butanol). Ambos os casos foram mais econômicos que o processo convencional sem vácuo (235.3 US$/ton butanol). A vantagem dos novos processos é ainda maior para custos menores de eletricidade e custos altos de investimento. Concluímos que a fermentação ABE a vácuo do tipo flash com compressor e/ou ejetor a vapor de etileno glicol tem potencial de apresentar um custo total inferior ao processo convencional sem vácuo, desde que haja integrações energéticas. Além dos benefícios econômicos, as plantas desenvolvidas são mais compactas e causam um menor impacto ambiental com a fertirrigação excessiva de vinhaça (AU)

• Processo FAPESP: 19/03019-0 - Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
• Beneficiário: Igor Lucas Rodrigues Dias
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado