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

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Dias, Igor Lucas Rodrigues, 1994-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Fermentação
Vácuo
Condensação
Butanol
Simulação de processos
Integração energetica
Análise econômica
Fermentation
Vacuum
Condensation
Process simulation
Energy integration
Economic analysis
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1057
Resumo: Orientadores: Adriano Pinto Mariano, Jean-Christophe Stefen Gilles Bonhivers
id UNICAMP-30_d558694656e8bbbd84b448ece13f2ec6
oai_identifier_str oai::1232638
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativosDevelopment of a vacuum and condensation system to recover acetone-butanol-ethanol from fermentation brothsFermentaçãoVácuoCondensaçãoButanolSimulação de processosIntegração energeticaAnálise econômicaFermentationVacuumCondensationButanolProcess simulationEnergy integrationEconomic analysisOrientadores: Adriano Pinto Mariano, Jean-Christophe Stefen Gilles BonhiversDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: 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$/ton butanol). A vantagem dos novos processos é ainda maior para custos menores de eletricidade e custos altos de investimento. Concluímos que a fermentação ABE a vácuo do tipo flash com compressor e/ou ejetor a vapor de etileno glicol tem potencial de apresentar um custo total inferior ao processo convencional sem vácuo, desde que haja integrações energéticas. Além dos benefícios econômicos, as plantas desenvolvidas são mais compactas e causam um menor impacto ambiental com a fertirrigação excessiva de vinhaçaAbstract: Solventogenic Clostridium species responsible for the ABE fermentation (Acetone-Butanol-Ethanol) are strongly inhibited by butanol, resulting in dilute processes with low energy efficiency and large stillage production. Possible solutions include fermentation technologies with integrated product recovery. Among these technologies, vacuum fermentation attracts attention due to its simplicity. However, previous studies have demonstrated that the energy cost to condensate the vapors generated during the boiling of the fermentation broth is prohibitive. To try to solve this problem of vacuum fermentation, we developed a condensation system based on ejectors operated with an organic solvent to generate the vacuum. The organic solvent is ethylene glycol, which is reused in the product purification step by distillation. Different configurations have been proposed for the process with ethylene glycol ejectors. Moreover, we developed other scenarios using steam ejectors and compressors. Studies were conducted using process simulation in Aspen Plus®, and the efficiency of the proposed process (vacuum fermentation/condensation/distillation) was assessed by energy (pinch analysis) and economic analyses. Replacing compressors with ejectors significantly reduces electricity consumption but increases the demand for other utilities. Of all the processes developed, the plant with only compressors had the lowest total cost (209.8 US$/ton butanol) followed by the plant with ethylene glycol steam ejectors (233.7 US$/ton butanol). Both cases were more economical than the conventional process without vacuum (235.3 US$/ton butanol). The advantage of the new processes is even greater for lower electricity costs and high investment costs. We conclude that ABE fermentation in a vacuum flash type with compressor and/or ethylene glycol ejector has the potential to have a total cost lower than the conventional process without vacuum if there are energetic integrations. In addition to the economic benefits, the plants developed were compact and cause less environmental impact with excessive fertigation of the stillageMestradoEngenharia QuímicaMestre em Engenharia QuímicaFAPESP2019/03019-0CNPQ132315/2019-0[s.n.]Mariano, Adriano Pinto, 1978-Bonhivers, Jean-Christophe Stefen Gilles, 1969-Maciel Filho, RubensFreitas, Valdir Apolinário deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASDias, Igor Lucas Rodrigues, 1994-20212021-08-04T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (192 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1057DIAS, Igor Lucas Rodrigues. Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos. 2021. 1 recurso online (192 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/1057. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1232638https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1232638Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2025-08-04T17:21:05Zoai::1232638Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-08-04T17:21:05Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
Development of a vacuum and condensation system to recover acetone-butanol-ethanol from fermentation broths
title Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
spellingShingle Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
Dias, Igor Lucas Rodrigues, 1994-
Fermentação
Vácuo
Condensação
Butanol
Simulação de processos
Integração energetica
Análise econômica
Fermentation
Vacuum
Condensation
Butanol
Process simulation
Energy integration
Economic analysis
title_short Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
title_full Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
title_fullStr Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
title_full_unstemmed Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
title_sort Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos
author Dias, Igor Lucas Rodrigues, 1994-
author_facet Dias, Igor Lucas Rodrigues, 1994-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Mariano, Adriano Pinto, 1978-
Bonhivers, Jean-Christophe Stefen Gilles, 1969-
Maciel Filho, Rubens
Freitas, Valdir Apolinário de
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Dias, Igor Lucas Rodrigues, 1994-
dc.subject.por.fl_str_mv Fermentação
Vácuo
Condensação
Butanol
Simulação de processos
Integração energetica
Análise econômica
Fermentation
Vacuum
Condensation
Butanol
Process simulation
Energy integration
Economic analysis
topic Fermentação
Vácuo
Condensação
Butanol
Simulação de processos
Integração energetica
Análise econômica
Fermentation
Vacuum
Condensation
Butanol
Process simulation
Energy integration
Economic analysis
description Orientadores: Adriano Pinto Mariano, Jean-Christophe Stefen Gilles Bonhivers
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021
2021-08-04T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.12733/1057
DIAS, Igor Lucas Rodrigues. Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos. 2021. 1 recurso online (192 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/1057. Acesso em: 29 set. 2025.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/1057
identifier_str_mv DIAS, Igor Lucas Rodrigues. Desenvolvimento de sistema de vácuo e condensação para recuperar acetona-butanol-etanol de caldos fermentativos. 2021. 1 recurso online (192 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/1057. Acesso em: 29 set. 2025.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1232638
https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1232638
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
1 recurso online (192 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1844628679333773312

Registros relacionados