Otimização de sistema de fermentação alcoolica continua utilizando reatores tipo torre e leveduras com caracteristicas floculantes

Autor(es)

Marcelo Caldeira Viegas

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Quimica
• Data de defesa: 2003-04-25

Membros da banca

Silvio Roberto Andrietta; José Paulo Stupiello; Maria Helena Andrade Santana; Francisco Maugeri Filho; Rubens Maciel Filho

• Orientador: Silvio Roberto Andrietta

Resumo

Este trabalho tem por objetivo determinar o arranjo ótimo de um sistema de fermentação constituído de reatores tipo torre para produção de etanol utilizando leveduras com características floculantes. Buscou-se nesta otimização atingir alta produtividade mantendo o rendimento em etanol compatível aos níveis industriais, sem a necessidade de se utilizar unidade de separação de células (centrífuga), visando assim à redução do custo de produção do etanol em torno de 15%. Nos experimentos foi utilizada uma linhagem de levedura previamente selecionada isolada da unidade de fermentação industrial da Usina Junqueira (Igarapava/SP) durante a safra de 2000. Na otimização operacional do arranjo de reatores o substrato utilizado na alimentação do sistema foi um meio sintético concentrado a base de sacarose, diluído em linha para as concentrações definidas para cada ensaio realizado. Foram testados três arranjos constituídos cada um por três reatores, sendo eles: (a) Arranjo 1Constituído de um sistema composto por três reatores ligados em série, onde vinho fermentado proveniente do primeiro reator alimentou o segundo reator e o vinho proveniente deste alimentou o terceiro reator, (b) Arranjo 2-Constituído de um sistema composto de três reatores, sendo que os dois primeiros são ligados em paralelo cuja vazão de alimentação em cada reator é 50% da vazão total. O vinho fermentado proveniente destes alimentou um terceiro reator que está ligado em série com os dois primeiros e ( c) Arranjo 3Constituído de três reatores ligados em série sendo que o primeiro reator recebeu metade da alimentação total, o efluente proveniente deste alimentou o segundo reator juntamente com a outra metade da alimentação, o efluente proveniente do segundo reator alimentou o terceiro. Os ensaios realizados para cada arranjo foram conduzidos segundo o planejamento fatorial completo e otimizado segundo o método de superficie de resposta. Para realização destes ensaios as variáveis independentes (n=2) estudadas foram: (a) concentração de substrato na alimentação (variando entre 150 a 200 gIl) e (b) tempo de residência (variando entre 3 a 4 h). As variáveis respostas foram o rendimento em etanol e a produtividade do sistema. Dentre os três arranjos estudados o arranjo 3 apresentou produtividade máxima de 27,39 g EtanoVL.h superior aos 26,29 g EtanoVL.h e 21,68 g EtanoVL.h dos arranjos 1 e 2 respectivamente, sendo, portanto o arranjo selecionado como ótimo. Após a obtenção do arranjo ótimo, foi estudado o desempenho do mesmo com diferentes meios industriais (méis de Usina de Açúcar com diferentes graus de esgotamento e resíduos açucarados proveniente da última prensagem do bagaço de laranja da fábrica de suco concentrado). Modelos matemáticos foram desenvolvidos e parâmetros cinéticos ajustados para poder, através de simulação em computador, entender melhor a dinâmica do processo. A modelagem matemática do reator foi realizada considerando-o como tubular sem dispersões axial e radial. A concentração de células foi considerada decrescente ao longo do reator, devido ao incremento da porosidade do leito na parte superior do mesmo. Foram testados modelos cinéticos da literatura, do tipo não estruturados e não segregados, com termos de inibição pelo produto, substrato, células e limitação pelo substrato. Os resultados obtidos mostram que os modelos que levam em consideração o efeito do substrato limitante, inibição pelo substrato e produto apresentaram o melhor ajuste aos dados experimentais (AU)

• Processo FAPESP: 99/01687-0 - Otimização de sistema de fermentação alcoólica contínua utilizando reatores tipo torre e leveduras com características floculantes
• Beneficiário: Marcelo Caldeira Viegas
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado