Teses e Dissertações
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Dissertação - Propriedades mecânicas e térmicas de blendas de poliamida 6/rejeitos de ionômero surlyn®(2019) Almeida, L. J.
- Aplicação da metodologia pinch em uma planta de tratamento de gordura(2019) Arrotéia, D. R.
- Estudo da produção de biodiesel via catálise enzimática(2018) Silva, M. S. R.Entre as fontes de energia alternativas ao diesel de petróleo, destaca-se o biodiesel. Atualmente, é produzido a partir de um catalisador homogêneo básico, o que pode gerar problemas ambientais, como o gasto excessivo de água na purificação dos produtos. A fim de propor uma rota mais limpa, o presente trabalho investigou a produção de biodiesel via catálise enzimática, tendo o óleo de soja e o metanol como reagentes e a enzima imobilizada Novozyme 435® como catalisador. Para tal, foram avaliados o uso de cossolventes (neste caso, o tercbutanol e o hexano), a adição de água, a razão molar de metanol/óleo, a quantidade de catalisador na reação, a conversão ao longo do tempo, bem como o equilíbrio de fases a partir do programa ASPEN Plus®. Dentre os resultados, viu-se que, do lado dos ossolventes, a uma razão volumétrica de 8:1 de óleo/terc-butanol, a conversão atingiu 76%, enquanto que com razão volumétrica de 1:4 de óleo/hexano, a conversão máxima foi de 43%. Sobre a adição de água, verificou-se que, quanto maior a quantidade desta, menor foi a conversão em biodiesel, não favorecendo a reação. Do mesmo modo, observou-se que um excesso de metanol também não facilitou o processo, uma vez que, com razão molar de 3:1 metanol/óleo, a conversão foi de 66%, sendo 10% menor que quando utilizada razão molar de 4:1. Em seguida, averiguou-se que a quantidade de enzima necessária foi de 2% em massa de enzima em relação à de óleo, convertendo 77%, visto que, com valores maiores, a conversão manteve-se a mesma. Já o experimento de conversão no tempo mostrou que foram necessárias 44 horas para uma conversão de 78,6%, entretanto, uma análise econômica poderia determinar o melhor tempo de reação. Por último, a simulação do equilíbrio de fases mostrou que, quanto mais hexano no sistema, maior a concentração de metanol na fase que contém óleo, diminuindo a conversão pelo efeito inibidor que o álcool tem na enzima. Já com o terc-butanol, deu-se que, quanto menor a quantidade de cossolvente, maior a concentração de metanol na fase que contém óleo. Apesar do sistema permanecer em duas fases nas condições testadas, a concentração de metanol na faixa que contém óleo é alta o suficiente para se obter boas conversões e baixa o bastante para não desnaturar a enzima. A proposta do processo enzimático, comparado ao alcalino, é vantajoso na separação e purificação dos produtos, não necessita de água de lavagem e nem faz uso de ácido para neutralização, mostrando-se uma rota mais limpa. Além disso, o ciclo de separação tem menor gasto energético, com economia de 233% de água de resfriamento e de 34,4% de energia.
- Produção de 5-hidroximetil-2-furfural a partir de frutose catalisada por compostos de nióbio, de zircônio, e de resinas de troca iônica superacidificadas(2018) Antonio, I. L.A produção de novos materiais não provenientes do petróleo acaba sendo muito desafiadora para os cientistas, gerando novas tecnologias que tornam os processos ambientalmente viáveis e sustentáveis. Um dos principais desafios desses processos está relacionado à redução de impactos ambientais, o que implica a necessidade de desenvolver materiais que eliminem a utilização e a produção de substâncias tóxicas. Uma alternativa para responder a essa demanda é investir em novos processos de biorrefinarias para converter a biomassa em biocombustíveis, bioenergia e produtos químicos orgânicos. O 5-hidroximetilfurfural (HMF) é um composto chave para produção de combustíveis e compostos de química fina a partir de fontes renováveis, com grande potencial de substituir derivados do petróleo, matérias plásticas sintéticas, produtos oriundos da química fina e fármacos. É produzido, principalmente, por desidratação da frutose ou da glicose utilizando-se catalisadores ácidos. Neste trabalho, essa reação foi estudada utilizando-se um reator tubular de leito recheado (PBR), empregando-se catalisadores à base de compostos de nióbio e de zircônio, ambos minerais abundantes no Brasil e com potencial aplicação como catalisadores, além de resinas de troca iônica modificadas (resinas CT275 e SGC650H superacidificada) e como solventes o DMSO (dimetilsulfóxido) e soluções constituídas por DMSO e água. Dentre todos catalisadores preparados e avaliados, as resinas de troca iônica superacidificadas geraram os melhores resultados, seguidos dos catalisadores à base de composto de zircônio e daqueles produzidos com compostos de nióbio. A comparação entre os rendimentos máximos obtidos utilizando-se as resinas CT275 e SGC650H e as suas formas superacidificadas mostrou uma diferença significativa entre os resultados obtidos, atingindo 28% e aproximadamente 100%, respectivamente. Nesse estudo, o tempo de reação foi a única variável significativa. Os melhores resultados observados foram para o sistema de alimentação constituído por DMSO e frutose. É importante salientar que nos resultados obtidos com as soluções preparadas de DMSO e água (9:1 molar e 9:1, em massa) praticamente igualaram os resultados obtidos com o solvente DMSO anidro. Para os demais catalisadores utilizados foi observado que nos meios reacionais formados por sistemas mistos constituídos por DMSO e água ocorreu uma diminuição de forma acentuada na conversão de frutose para HMF.
- Estudo de processo para a obtenção de triacetina a partir de glicerol(2018) Pereira, V. M. S.Com a disseminação da utilização de combustíveis renováveis, a produção de biodiesel aumentou muito nas últimas décadas. Em função disto, o glicerol, um subproduto dessa produção, tornou-se abundante no mercado químico, passando a ter um baixo valor de venda. Uma rota rentável para o beneficiamento do glicerol é a conversão dele em triacetina, via processo de acetilação. A triacetina é um importante acetato utilizado como aditivo de combustível, aditivo alimentar, produção de plásticos biodegradáveis, dentre outros. Por esse motivo, o presente trabalho tem como intuito estudar o processo de produção de triacetina a partir do glicerol, simulando duas diferentes topologias: uma delas combinando um reator de mistura perfeita e uma coluna de destilação e a outra envolvendo uma coluna de destilação reativa. Foram obtidas as energias livre de Gibbs para acetilação do glicerol e dos seus produtos para três modelos cinéticos, disponibilizados na literatura, usando como catalisador ácido acético em excesso, ácido sulfúrico e Amberlyst-15. O modelo com catálise de excesso de ácido acético apresentou os melhores resultados para os produtos, com baixos erros quando comparado aos dados de Gibbs apresentados na literatura. O sistema reacional foi representado por três reações de equilíbrio, nas quais são conduzidas acetilações sucessivas. A fim de se avaliar a influência da temperatura sobre a seletividade e a conversão nesse sistema, fez-se uma varredura em Matlab, num modelo matemático em batelada, simulado até se atingir o equilíbrio. Esse mapeamento mostrou que é interessante se trabalhar com temperatura próxima a 373 K, o que leva a razoável conversão e boa seletividade. As topologias de processo foram simuladas em AspenPlus, utilizando o NRTL como pacote termodinâmico. Configurações para a coluna reativa foram simuladas, realizando analises com a alimentação dos produtos sendo feita nos mesmo estágio de alimentação, em estágios diferentes e utilizando dois elementos de arraste na coluna reativa, acetado de isobutila e hexano. Essas simulações mostraram que o emprego de coluna de destilação reativa com alimentação em pratos diferentes proporcionaram conversão de quase 75% de glicerina e com consumo específico de utilidade quente e fria de 4,0 e 3,9 MJ·kg-1 , respectivamente. Essa foi a maior conversão nos sistemas estudados e, além disso, com os menores consumos específicos de energia.
- Estudo experimental e modelagem de propriedades termodinâmicas de sistemas binários contendo {dimetil carbonato (DMC) + álcoois} a altas pressões(2018) Olivieri, G. V.O conhecimento de propriedades de sistemas líquidos, tais como densidade e propriedades derivadas, é importante na Engenharia Química, sobretudo, em projetos e operação de processos químicos. As grandezas excesso têm sido um caminho qualitativo e quantitativo para predizer o desvio da idealidade de soluções líquidas binárias. Ademais, essas propriedades têm sido usadas no desenvolvimento e teste de modelos e de novas teorias de soluções. O presente trabalho é uma continuidade de um estudo experimental e de modelagem de grandezas molares excesso de sistemas líquidos binários, cujo objetivo consistiu na determinação experimental de densidades de soluções contendo {dimetil carbonato (DMC) + álcoois (metanol, etanol, 1-propanol)} em toda faixa de composição, a diferentes temperaturas T = (288,15 308,15) K e pressões p = (0,1 40) MPa. As medidas de densidade foram realizadas utilizando um densímetro de oscilação mecânica (Modelo DMA 4500) acoplado a uma célula de alta pressão (DMA HP), ambos fabricados pela Anton Paar. Esses resultados foram correlacionados pela equação de Tait e possibilitaram a determinação da compressibilidade isotérmica, do coeficiente de expansão térmica e da pressão interna. As densidades dos componentes puros e das respectivas soluções permitiram calcular indiretamente o volume molar excesso, o qual foi correlacionado a um polinômio de RedlichKister. Os valores do volume molar excesso foram usados para calcular outras propriedades volumétricas, dentre elas: os volumes parciais molares, os volumes parciais molares à diluição infinita e os volumes molares aparentes de cada componente. Os dados do volume molar excesso foram ainda utilizados para testar a aplicabilidade da Teoria Prigogine-Flory-Patterson (Teoria PFP) e do Modelo de Solução Associada Real Estendida (Modelo ERAS). Para complementar o estudo termodinâmico e tentar elucidar os principais fenômenos estruturais presentes nos sistemas estudados, foram realizadas análises de espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) e por ressonância magnética nuclear (RMN). No sistema {DMC + metanol}, os resultados sugerem que efeitos estruturais e químicos devem prevalecer sobre os efeitos físicos, com exceção da região concentrada de DMC, enquanto interações físicas devem ser predominantes nos sistemas contendo etanol e 1- propanol. Para o melhor do presente estudo, não foram encontrados na literatura estudos de propriedades volumétricas a altas pressões para os sistemas apresentados neste trabalho.
- Propriedades de emulsões óleo em água formuladas com emulsificantes reconfiguráveis através de alterações no PH(2017) Zanotti, M. A. G.Emulsões óleo em água (o/a) estão sendo utilizadas para minimização das adversidades encontradas durante o transporte e bombeamento de petróleo não convencional (extrapesado e viscoso). Os problemas são imputados à alta viscosidade apresentada pelo óleo, dificultando e/ou impossibilitando o seu transporte. Emulsões o/a são constituídas por um sistema em que o óleo se encontra disperso, sob a forma de pequenas gotas, na fase aquosa que contém o agente emulsificante. Desta forma é possível transportar e bombear o óleo sem contato direto com a parede do oleoduto, reduzindo os problemas devido à sua alta viscosidade e melhorando a eficiência na recuperação e produção desse tipo de óleo para o setor petrolífero. No presente trabalho, um estudo experimental foi elaborado para avaliar propriedades de emulsões formuladas com emulsificantes reconfiguráveis através de alterações no pH. Uma mistura de aminas etoxiladas foi utilizada como agente emulsificante para emulsões óleo em água com composição volumétrica de óleo de até 70%. Foram avaliados os efeitos do pH e da salinidade da fase aquosa sobre as seguintes propriedades da emulsão: diâmetro de gota, estabilidade, viscosidade aparente e potencial zeta. Os parâmetros analisados mostraram-se fortemente influenciados pelo pH da fase aquosa, permitindo variar as propriedades da emulsão. O diâmetro médio foi inferior a 20 micrômetros, resultando em emulsões estáveis (quantidade de fase aquosa separada inferior a 12% em volume). As emulsões apresentaram partículas negativamente carregadas em amplo intervalo de pH. O processo de emulsificação produziu emulsões com viscosidade possíveis de serem bombeadas em tubulações comerciais (viscosidade inferior a 400 mPa.s), sendo uma opção tecnicamente viável. A variação de propriedades de emulsões, com as características do agente emulsificante utilizado, permite a adequação dessas propriedades conforme o requerido pelo processo.