Publicação: Fermentação alcoólica com leveduras de características floculantes em
reator tipo torre com escoamento ascendente
Carregando...
Arquivos
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Coleções
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Autores
Orientador
Coorientador
Resende, Miriam Maria de
Resumo
O etanol tem sido considerado como um combustível alternativo para diminuir problemas
ambientais e energéticos no mundo, em razão da escassez e alta dos preços dos combustíveis
fósseis, e da poluição causada por estes. O setor sucroalcooleiro brasileiro acredita que será
um dos maiores fornecedores mundiais de álcool combustível e de tecnologias para
montagem de destilarias em outros países. Portanto, tecnologias capazes de melhorar o
desempenho da produção do setor ganham importância fundamental no país. Dessa forma, o
presente trabalho estudou o processo de produção de etanol utilizando um reator tubular de
escoamento ascendente com recirculação externa e uma cepa de leveduras com características
floculantes. Avaliou-se o rendimento, a produtividade de etanol e a concentração residual de
sacarose por meio de um delineamento composto central, no qual a porcentagem de células no
inóculo variou de 4,7 a 45,3%, a concentração de sacarose de 100 a 220 g/L e a vazão de
recirculação de 2,6 a 17,1 mL/s como variáveis. Todos os experimentos foram conduzidos até
o completo consumo da sacarose presente no meio, entretanto, fixou-se o tempo de análise
das respostas em sete horas, com base nos testes preliminares realizados. A cepa não
apresentou capacidade de flocular e formar flocos bem definidos, porém teve alta capacidade
de sedimentação. A vazão de recirculação exerceu pouca influência sobre as respostas
analisadas. Estas foram fortemente influenciadas pela concentração celular no inóculo. Foram
avaliadas duas condições de máximo, uma fornecida pela análise das superfícies de resposta
(45% de células no inóculo, concentração inicial de sacarose de 200 g/L e vazão de
recirculação de 15 mL/s) e outra pelo ponto estacionário do rendimento (33% de células no
inóculo, concentração inicial de sacarose de 180 g/L e vazão de recirculação de 12,7 mL/s). O
ponto estacionário do rendimento foi a melhor condição, dentre as avaliadas, para se conduzir
uma fermentação alcoólica utilizando-se esta cepa e a configuração de reator em estudo.
Obteve-se, nesse experimento, um rendimento de 98%, produtividade de 13,4 getanol/L.h e
concentração residual de sacarose de 3,1 g/L. Os modelos obtidos pelo método das superfícies
de resposta apresentaram boa reprodutibilidade, pois previram, para esse caso, um rendimento
de 100%, produtividade de 13,5 getanol/L.h e concentração residual de sacarose de 7,4 g/L. Foi
feito também um estudo cinético desse processo de fermentação alcoólica nas condições
otimizadas pelo planejamento experimental. O modelo cinético de Tosetto foi ajustado para os
dados experimentais. A fermentação alcoólica, usando um reator tipo torre com uma cepa de
leveduras com características floculantes forneceu maior produtividade e rendimentos quando
comparados a dados reportados pela literatura ou a processos industriais de produção de
etanol.
Abstract
Ethanol has been considered an alternative biofuel to replace oil reducing environmental and
energy problems in the world. The Brazilian sugar industry believes that it will be one of the
world's largest suppliers of alcohol fuel and technology to other countries. Therefore,
technologies that improve the performance of the sector output gain importance in the
country. Thus, in this work was studied the ethanol fermentation using upflow tower reactor
with external recirculation and one strain of yeast with flocculent characteristics. It was
evaluated the ethanol yield, productivity and the residual sucrose concentration through a
central composite design (CCD), in which the percentage of cells in the inoculum ranged from
4.7 to 45.3%, sucrose concentration from 100 to 220 g/L and the recycle flow rate from 2.6 to
17.1 mL/s as variables. All experiments were conducted until the complete consumption of
medium sucrose, however it was chosen seven hours for analysis of responses in the CCD.
The strain did not show ability to form flakes well defined, but presented capacity of
sedimentation. The recirculation stream exerted little influence on the analyzed responses.
These were heavily influenced by the inoculum cell concentration. The responses were also
influenced by initial sucrose concentration. It was evaluated two conditions of maximum
responses, one by an analysis of response surfaces (45% of cells in the inoculum, initial
sucrose concentration 200 g/L and recirculation flowate of 15 mL/s) and the other by the yield
stationary point (33% of cells in the inoculum, initial sucrose concentration in 180 g/L and
recycled flow of 12.7 mL/s). The yield stationary point was the best condition among those
evaluated to conduct an alcoholic fermentation using this strain and reactor configuration
under study. It was obtained in this experiment, an ethanol yield of 98%, productivity of 13.4
gethanol/L.h and a residual sucrose concentration of 3.1 g/L. The models obtained by the
response surface presented a good reproducibility, as predicted, for this case, a 100% of yield,
13.5 g/L.h for ethanol productivity and the residual sucrose concentration of 7.4 g/L. A
kinetic study of fermentation was realized on the optimized conditions by experimental
design. The Tosetto kinetic model was adjusted to the experimental results. The ethanol
fermentation in tower reactor using the strain of yeast with flocculent characteristics presented
a greater productivity and higher yield when compared to data reported in the literature or in
the industrial processes for ethanol production.
Palavras-chave
Álcool, Fermentação, Fermentação alcoólica, Levedura floculante, Reator de escoamento
ascendente, Etanol, Alcoholic fermentation, Flocculent yeast, Upflow reactor, Ethanol
Citação
PACHECO, Thályta Fraga. Fermentação alcoólica com leveduras de características floculantes em
reator tipo torre com escoamento ascendente. 2010. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2010.