Orientador: Maria Regina Wolf Maciel

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

Resumo: Neste trabalho, simulações da etapa de fermentação para a produção de bioetanol foram realizadas utilizando o simulador Aspen Plus® com objetivo de realizar um estudo do processo fermentativo dentro de um cenário mais realista. A modelagem cinética foi realizada levando em conta os efeitos...

Resumo: Neste trabalho, simulações da etapa de fermentação para a produção de bioetanol foram realizadas utilizando o simulador Aspen Plus® com objetivo de realizar um estudo do processo fermentativo dentro de um cenário mais realista. A modelagem cinética foi realizada levando em conta os efeitos inibitórios da fermentação mediante a implementação de uma sub-rotina Fortran ao simulador. Além do mais, foram estudados diferentes arranjos operacionais de dornas de fermentação de uma unidade móvel para produção de bioetanol. Uma comparação com a simulação do processo de fermentação, utilizando equações estequiométricas também foi realizada. Os resultados mostram um maior desempenho em termos de rendimento para as simulações onde equações estequiométricas são utilizadas isto atribuído ao fato destas simulações desconsiderarem os efeitos inibitórios dos microrganismos fermentativos, o qual justifica a importância deste trabalho. Análises de sensibilidade com relação ao efeito da temperatura e conteúdo de substrato no mosto foram realizadas com o objetivo de avaliar o desempenho do modelo cinético. Comparações de diferentes arranjos operacionais de uma planta piloto móvel são também apresentadas: Batelada, contínua em serie, contínua em paralelo e BatCon. As simulações do processo batelada e contínuo usando unidades de operação do Aspen Plus (Rbatch e o Rcstr), mostraram que o modelo utilizado respondeu bem as variações de parâmetros, provando ser representativo para determinar as condições de operação de uma planta piloto ou industrial. Os arranjos operacionais simulados da planta da fermentação móvel apresentaram variações nos seus rendimentos, o processo em continuo presentaram os melhores rendimentos em comparação como os processos em batelada. O maior rendimento foi apresentado pelo processo contínuo em serie (98,96%), sendo o menor rendimento para o processo Batelada (93,39%)

Abstract: In this work, simulations of step fermentation for the bioethanol production were performed using the Aspen Plus simulator in order to making a study of the fermentation process in a more realistic scenario. The kinetic modeling was performed taking into account the inhibitory effects of...

Abstract: In this work, simulations of step fermentation for the bioethanol production were performed using the Aspen Plus simulator in order to making a study of the fermentation process in a more realistic scenario. The kinetic modeling was performed taking into account the inhibitory effects of fermentation with the implementation of a Fortran subroutine to the simulator. Furthermore, we studied different operational arrangements of fermentation vessels of a mobile unit for production of bioethanol. A comparison with the simulation of the fermentation process, using stoichiometric equations was also performed. The results show a better performance in terms of yield for the simulations where stoichiometric equations are used, attributed to the fact that these simulations disregard the inhibitory effects of fermentative microorganisms, which justifies the importance of this work. Sensitivity analysis regarding the effect of temperature and substrate content in the must, were performed with the objective to evaluate the performance of the kinetic model. Comparisons of different operational arrangements a mobile pilot plant is also presented: Batch, continuous series, parallel and continuous, and BatCon. The simulations of the process batch and continuous, using units operation Aspen Plus (Rbatch and Rcstr) showed that the model used responded well to the parameter variations, proving to be representative for conditions of operation of a pilot plant or industrial. The operational arrangements of simulated mobile fermentation plant showed variations in their yields, the continuous process presented the best returns as compared to batch processes. The highest yield was presented by the ongoing process in series (98.96%), the lowest yield for batch processes (93.39%)