Orientador: Aline Carvalho da Costa

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar a modelagem matemática da hidrólise enzimática de bagaço de cana-de-açúcar submetido a três tipos de pré-tratamentos (peróxido de hidrogênio alcalino, ácido fosfórico + hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio). O modelo cinético de sacarificação e...

Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar a modelagem matemática da hidrólise enzimática de bagaço de cana-de-açúcar submetido a três tipos de pré-tratamentos (peróxido de hidrogênio alcalino, ácido fosfórico + hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio). O modelo cinético de sacarificação e fermentação simultâneas desenvolvido por PHILIPPIDIS et al. (1992, 1993) e PHILIPPIDIS e HATZIS (1997) foi adaptado para representar os dados experimentais do processo de hidrólise enzimática em batelada com 3% de bagaço de cana seco pré-tratado com peróxido de hidrogênio alcalino. A partir do modelo desenvolvido foi possível obter perfis de concentração dos principais componentes do processo. A estimativa simultânea dos parâmetros cinéticos do modelo matemático foi realizada pelo algoritmo genético (AG) Pikaia. Os dados utilizados no procedimento de estimação descrevem os perfis de glicose em função da concentração de enzimas (1,67 - 30 FPU/g de biomassa seca pré-tratada e 7,33 - 50 CBU/g de biomassa seca pré-tratada) e tempo de residência (0 - 72 h) durante a hidrólise. A metodologia de planejamento Plackett-Burman (PB) foi aplicada para identificar os parâmetros cinéticos que mais influenciam o comportamento dinâmico das variáveis de processo. Na etapa de re-estimação de parâmetros foram considerados dados experimentais de glicose para bagaço pré-tratado com ácido fosfórico + hidróxido de sódio e bagaço pré-tratado com hidróxido de cálcio (cal). A metodologia de estimação de parâmetros usando algoritmo foi capaz de predizer de forma satisfatória o conjunto de dados experimentais de glicose para bagaço pré-tratado com peróxido de hidrogênio alcalino. Para o bagaço pré-tratado com ácido fosfórico + hidróxido de sódio o modelo atualizado conseguiu reproduzir de forma acurada tanto o conjunto de dados utilizados no procedimento de estimação de parâmetros como os usados na validação do modelo. Já para os dados de bagaço pré-tratado com cal o modelo não conseguiu descrever alguns dados experimentais

Abstract: This work aimed to study the mathematical modeling of enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse subjected to three types of pretreatments (alkaline hydrogen peroxide, phosphoric acid + sodium hydroxide and calcium hydroxide). The kinetic model of simultaneous saccharification and...

Abstract: This work aimed to study the mathematical modeling of enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse subjected to three types of pretreatments (alkaline hydrogen peroxide, phosphoric acid + sodium hydroxide and calcium hydroxide). The kinetic model of simultaneous saccharification and fermentation developed by PHILIPPIDIS et al. (1992, 1993) and PHILIPPIDIS and HATZIS (1997) was adapted to represent the experimental data of the batch process of enzymatic hydrolysis of 3% of dry sugarcane bagasse pretreated with alkaline hydrogen peroxide. From the model developed was possible to obtain concentration profiles of the main components of the process. The simultaneous estimation of kinetic parameters of the mathematical model was performed using the Pikaia genetic algorithm (GA). The data used in the estimation procedure describe the profiles of glucose as function of enzymes concentration (1.67 - 30 FPU/g dry pretreated biomass and 7.33 - 50 CBU/g dry pretreated biomass) and residence time (0-72 h) during hydrolysis. Plackett-Burman (PB) designs were used to identify the kinetic parameters with the higher influence on the dynamic behavior of the process variables. In the step of re-estimation of parameters experimental data of glucose for bagasse pretreated with phosphoric acid + sodium hydroxide and bagasse pretreated with calcium hydroxide (lime) were considered. The methodology of parameter estimation using genetic algorithm was able to predict accurately the experimental data set of glucose for bagasse pretreated with alkaline hydrogen peroxide. For bagasse pretreated with phosphoric acid + sodium hydroxide the updated model was able to reproduce accurately both the data set used in the parameter estimation procedure and the data used for model validation. As for the data of bagasse pretreated with lime the model failed to describe some experimental data