Trabalhos de Conclusão de Curso

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Análise da viabilidade técnico-econômica da produção de bio-óleo a partir da pirólise rápida do caroço de açaí (euterpe oleracea)
(2021-06-17) Kanbara, Alice Albanes; Uemoto, Lívia Tiemi Parada; Antunes, Luiz Fernando Antunes; Sanchez, Mateus Brunelli; Choque, Miguel Angel Tito
O estudo visa o desenvolvimento e a avaliação técnico-econômica do processo de produção do bio-óleo a partir da pirólise rápida do caroço de açaí, um material biológico responsável por representar a grande biodiversidade das regiões nortistas do Brasil. Este processo de conversão termoquímica possibilita transformar resíduos agroindustriais em produtos renováveis e com maior valor agregado. O bio-óleo produzido é uma mistura líquida de compostos orgânicos que possui um grande potencial para substituir os produtos derivados de petróleo, como o diesel, além da possibilidade de ser fonte de químicos, dependendo da sua qualidade. Neste trabalho tem-se apresentadas as adoções e metodologias empregadas para analisar tecnicamente a produção do biocombustível, onde foram realizados os cálculos dos balanços de massa e energia do processo e o dimensionamento dos equipamentos, avaliando o layout e a eficiência da planta industrial. Ainda, uma análise econômica foi realizada para estudar o potencial dos custos de conversão de biomassa em bio-óleo, onde foi considerado os custos dos insumos, matérias primas e serviços elétricos, dos equipamentos e da mão de obra necessária, além da viabilidade de comercialização dos produtos da pirólise. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que a planta possui uma viabilidade econômica positiva e que depende da sua capacidade de alimentação e processamento do pirolisador. A TIR apresenta características de uma unidade industrial de baixo risco, sendo esta maior que a TMA adotada, o que mostra a boa aplicabilidade do processo. Assim, pode-se afirmar que a planta tem potencial para gerar retorno econômico, se mostrando sustentável ao utilizar resíduos agroindustriais, que em sua maior parte são descartados inadequadamente em lixões ou aterros abertos, e socialmente justa, ao contribuir com uma atividade extrativista de grande relevância para os pequenos e grandes produtores rurais nortistas.
Estudo termodinâmico e otimização energética das reformas a vapor e autotérmica de etanol
(2021-06-17) Reis, Aline Rocha dos; Santos, Juliana Brunelli Stoco; Pinheiro, Juliana Frias; Dias, Tayrini Fernanda
Em 2018, aproximadamente 81% do consumo energético no mundo foi suprido por processos que utilizam combustíveis fósseis (IEA, 2020). Diante da constante preocupação em relação aos impactos ambientais gerados por tais combustíveis, principalmente pelas emissões de gases que causam o efeito estufa, fontes renováveis de energia vêm sendo estudadas e desenvolvidas. Para países com grande produção de álcool etílico, como o Brasil, o maior produtor mundial a partir da cana-de-açúcar, a produção de hidrogênio a partir da reforma de etanol é uma possibilidade técnica e economicamente viável de combustível alternativo, em razão de seu alto poder de combustão e menor impacto ambiental. A proposta deste trabalho foi realizar um estudo termodinâmico e otimização energética das reformas a vapor e autotérmica de etanol, com possibilidade de aplicação em motores de combustão interna (Ciclo Otto). Dessa forma, uma fração do etanol proveniente do tanque de combustível poderia ser direcionada ao reformador para produzir hidrogênio, o qual seria misturado ao etanol, possibilitando um aumento do poder calorífico da mistura combustível e redução na emissão de poluentes. No presente estudo foram simuladas diferentes condições em um reator de Gibbs utilizando o simulador comercial Aspen Plus. Uma estratégia de adição de oxigênio na reação da combustão do etanol foi proposta com o objetivo de diminuir a formação de coque, para evitar contaminação no catalisador. Foi realizada a análise na faixa de temperatura de 400 K a 1200 K, com pressão de 1 a 7 bar, razão de alimentação de vapor de água/etanol (R) entre 0 e 9 e de oxigênio/etanol (Ro) entre 0 e 1,5, em condições ideais. Os resultados mostraram que a produção de hidrogênio na reforma a vapor é favorecida a pressão atmosférica, ao elevar a temperatura e a razão de alimentação de vapor de água/etanol, enquanto a formação de subprodutos é reduzida, exceto o monóxido de carbono. Já na reforma autotérmica, o aumento da razão de alimentação de oxigênio/etanol, desfavorece a formação de hidrogênio em temperaturas acima de 850 K. Entretanto, o coque também tem sua produção reduzida. Com a otimização energética foi possível indicar a região ótima de operação, definida por valores de Ro entre 0 e 0,25 e R a partir de 3 e 2, respectivamente sem formação de coque, utilizando uma temperatura de 900 K no reformador. Foi obtida, na região ótima, uma média de energia específica de mistura combustível etanol-produto de reforma de 30,85 MJ/kg de etanol no sistema, um aumento de 14,68% em relação ao poder calorífico do etanol.
Simulação da reforma catalítica do etanol a partir do reaproveitamento do calor proveniente dos fumos de um motor de combustão interna
(2021-06-17) Guain, Aymê Utimati; Assi, Elody Georges; Oliveira, Gabriel Felipe Leme de; Silva, Gusthavo Trevisan
Cada vez mais se aumenta a busca por rotas alternativas para geração de energia. O modo mais comum de gerar potência em meios de transportes populares como carros, ônibus e motos, é o motor à combustão interna. O problema encontra-se na eficiência energética de 20% a 30%, devido ao fato de que grande parte da potência é desperdiçada em forma de calor dissipado. Um meio de aumentar a eficiência de um motor à combustão de etanol é a recuperação da energia térmica dos fumos a partir da reforma do etanol. Tal reação endotérmica ocorre utilizando-se a energia que geralmente é despejada na atmosfera em forma de fumos quentes oriundos da combustão do etanol. Há algumas vantagens do uso do etanol em relação a outros combustíveis como a gasolina e o diesel, por exemplo, ser uma fonte renovável com um ciclo de vida quase perfeito. Desta forma, a proposta é projetar um reator, baseado em balanços de massa e energia, para a reforma de etanol utilizando-se a energia dos gases de escape, visando o aumento de eficiência do ciclo de combustão no motor. Uma breve análise termodinâmica, assim como os cálculos para dimensionamento dos equipamentos do processo de reforma a vapor do etanol foram realizados com o auxílio do software Excel. O software de simulação Ansys foi utilizado para simular a queda de pressão nos fumos. A troca de calor no sistema é baixa, apesar da grande força motriz entre os fumos e fluido de reforma. No modelo ideal a energia em relação ao potencial aumenta, pois mesmo o hidrogênio tendo uma energia de combustão menor que a do etanol, por estar presente em grande quantidade, este aumenta a energia total da mistura. Como resultado, há redução no consumo de combustível, pequena perda de energia no combustível aditivado e queda de pressão desprezível nos fumos. O silenciador pode ser substituído pelo vaporizador.
Estudo da extração do óleo de microalgas para aplicação na produção de biodiesel
(2022-06-10) Kramer, Christian Leonard; Santos, David da Silva; Guerrero, Fernanda Marcílio; Varela, Gabriel Andrino de Oliveira
Atualmente, sabe-se que a importância de reduzir as emissões de gases poluentes tem se tornado cada vez mais presente no mundo, e com isso, a redução de resíduos para frear o aumento do efeito estufa tem estimulado pesquisas acerca de fontes renováveis. Além disso, há a necessidade de energias renováveis devido à aproximação da escassez dos combustíveis fósseis. Apesar dos estudos e do tema terem ganhado destaque nos últimos 40 anos, eram focados na produção do biocombustível a partir de matérias-primas de base alimentícia, como cana-de-açúcar, milho e beterraba. Porém, tais matérias-primas competem por espaço com o plantio de alimentos, demandam grandes quantidades de água doce e caracterizam-se por sua baixa obtenção de biocombustível se comparada à produção de combustíveis fósseis. Partindo deste cenário, uma alternativa recente e até então pouco explorada são as microalgas, organismos microscópicos amplamente encontrados em oceanos e água doce. Por não precisarem de terras férteis para crescer, não há necessidade do uso de água limpa, abrindo espaço para a utilização de água de reuso em seu cultivo e, por produzirem mais biocombustível por área em um ano comparada às matérias-primas citadas anteriormente, as microalgas se destacam como uma potencial alternativa para produção de biocombustíveis. Por outro lado, há alguns empecilhos relacionados ao seu processo de síntese, como inviabilidade econômica e baixo índice de extração e conversão. Logo, este trabalho teve como objetivo o estudo da extração do óleo de microalgas para seu aperfeiçoamento e aplicação na produção de biodiesel. Para isso foram testados três métodos diferentes de extração, utilizando como matéria-prima a microalga Nannochloropsis oculata, com o objetivo de definir o melhor método de extração e pré-tratamento com micro-ondas, utilizando planejamento experimental com análise de variância (ANOVA) e coeficiente de determinação (R²), visando encontrar os melhores pontos de operação para a extração. Sendo assim, usando como estudo a Nannochloropsis oculata foi determinado como melhor método de extração o extrator Soxlet utilizando hexano como solvente. Além disso, pelo planejamento experimental Rotative Central Composite Design (RCCD), foram obtidos como pontos ótimos de extração um tempo de extração de 2,83 h e tempo de pré-tratamento de 82,6 s.
Extração e purificação da bromelina a partir do abacaxi para a hidrólise do glúten
(2023-06-15) Andrade, Ana Carolina; Vendramini, Beatriz; Neves, Julia Toledo; Martinelli, Sabrina
A Bromelina é uma enzima proteolítica de origem vegetal obtida em diversas espécies da família Bromeliaceae, sendo principalmente encontrada no abacaxi. Ela é utilizada em diversos setores, dentre eles se destacam o tratamento de edemas, na digestão de proteínas e no amaciamento de carnes. Neste trabalho, foi realizado um estudo visando a purificação da bromelina do fruto do abacaxi. A purificação da bromelina foi realizada por sistema de extração líquido-líquido em duas fases aquosas 20 % (m/m) de PEG e 15 % (m/m) de fosfato. Diferentes massas molares de PEG (400, 600, 1500 e 4000) e valores de pH (6,0 / 7,0 / 8,0) foram testados. Os resultados obtidos mostraram que as extrações com PEG 400, 600 e 1500 não levaram a uma efetiva separação e purificação das proteínas, resultando em um aumento de pureza próximo de 1,0; exceção para PEG 1500 pH 8 que mostrou aumento de pureza e recuperação da bromelina na fase inferior de 100%. Em todos estes estudos a bromelina migrou preferencialmente para a fase inferior (fosfato). No entanto, a extração com PEG 4000 mostrou-se mais eficiente, com uma eficaz separação das fases nos três valores de pH e uma recuperação de atividade enzimática praticamente total na fase inferior. Os valores de aumento de pureza evidenciaram a eficácia da purificação nos valores de pH 6,0 e 8,0, com um aumento de pureza de cerca de duas vezes. Além disso, estudou-se a etapa de precipitação com sulfato de amônio a 60 e 80% de saturação para clarificação do extrato de abacaxi. Os estudos mostraram que o precipitado obtido a 80% de saturação e solubilizado apresentou uma recuperação de atividade próximo de 77%, confirmando a viabilidade dessa etapa para aumentar a concentração e promover a clarificação do extrato, pois não houve aumento de pureza. Efetuando-se um processo conjugado com duas etapas em série de precipitação do extrato com 80% de saturação de sulfato de amônio, seguida de extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas utilizando PEG 4000 e fosfato em pH 6,0 obteve-se um aumento de pureza na amostra em cerca de 4 vezes e uma recuperação da atividade enzimática em 100% na fase inferior. Os dados obtidos neste estudo fornecem informações relevantes para o desenvolvimento de processos de purificação da bromelina a partir do abacaxi, contribuindo para possibilitar sua utilização em aplicações terapêuticas e industriais.
Avaliação de um sistema para controle de temperatura em um reator de polimerização de resinas acrílicas
(2023-06-15) Batista, Denise Faria Devides; Soares, Emilly Santos ; Lima, Gabriela Pereira ; Reis, Natalia Martins dos
O mercado de tintas e vernizes atualmente está em expansão e vem utilizando tecnologias de ponta em seus processos industriais, a fim de atender as exigências do fornecimento de produtos com melhor qualidade. Uma das matérias-primas deste mercado é o polimetacrilato de metila (PMMA), que vem sendo utilizado devido suas propriedades químicas e mecânicas. O processo de polimerização do PMMA da planta industrial deste estudo é realizado em um reator semi-batelada, cuja reação acontece de maneira exotérmica e é conduzida em solução aplicando o xilol como solvente e o peróxido de benzoíla como iniciador da polimerização. Logo, é importante que essas indústrias implementem um sistema de controle de temperatura para manter as condições de processos, visando assegurar as propriedades do polímero. No entanto, o controle existente possui a possibilidade de ser aprimorado e à vista disso, com os dados reais de uma planta que produz o PMMA, este trabalho propõe avaliar e aperfeiçoar o controle das condições de operação, melhorando a velocidade e a eficiência de resposta do controlador. Para isto, elaborou-se o modelo matemático dinâmico que contempla a cinética, os balanços de massa e de energia desse sistema, onde a simulação foi realizada com o auxílio do software Matlab. Por intermédio dos resultados obtidos do modelo matemático, considerando o processo isotérmico, destacou-se a influência da temperatura do meio reacional e as vantagens de se operar próximo de 116 °C, como por exemplo, o grau de conversão esperado e a velocidade de adição próxima à velocidade de consumo. No balanço de energia foi determinado os parâmetros do coeficiente de película de transferência de calor interno e externo para estimar o coeficiente global de troca térmica, obtendo-se o valor de aproximadamente 1,2 kW/(m².K). Então, foi possível avaliar a importância do óleo térmico para o processo, visto que ele desempenha um papel fundamental no controle da temperatura. Em condições elevadas de temperatura do óleo térmico, observou-se um maior consumo e uma alta conversão no processo. Ademais, o modelo matemático foi validado com os dados reais da planta, assegurando a avaliação do sistema de controle de temperatura a partir das ações proporcional e integral (PI), e sendo utilizada a sintonia pelo método de síntese direta. O controlador proposto demonstrou uma estabilidade superior ao controle atual da planta, alcançando o setpoint de 116 °C com menor tempo de resposta, sem oscilações e overshoot.
Aproveitamento da casca de coco na produção de carvão ativado para aplicação em efluentes sintéticos contendo paracetamol
(2023-06-15) Cerqueira, Stefanny Leobina dos Santos; Bezerra, Breno Villa Rubio; Pereira, Gustavo Nogueira Nunes; Mota, Haimêe Milena Prata
Em grandes centros urbanos, é comum a contaminação de efluentes por fármacos provenientes tanto do descarte indevido quanto naturalmente, isto é, quando não ocorre absorção completa em um organismo vivo. O acúmulo destes resíduos é muito prejudicial ao meio ambiente e à saúde humana. Assim, durante o desenvolvimento do presente trabalho, inicialmente foi realizada a produção de carvão ativado a partir de casca de coco verde e, posteriormente, o mesmo foi utilizado no tratamento de efluentes sintéticos contendo paracetamol. Dessa forma, durante a produção do carvão ativado, foi realizado o processo de ativação com ácido fosfórico seguida da etapa de carbonização. O material obtido foi submetido a caracterizações via FTIR bem como DRX e determinação de tamanho de partícula sendo que a análise dos dados confirma a formação do mesmo. Com relação ao tamanho de partícula, verifica-se que o mesmo foi de 616,4 μm, significativamente maior do que a do carvão comercial (79,49 μm). Após essa etapa, foram realizados os experimentos de adsorção e determinada a dosagem ideal de adsorvente como 4,0 g/L que levou a uma redução da concentração de paracetamol de 78,18 ± 0,56 (q = 72,75 ± 0,52). Também foram determinados a temperatura e o tempo ideais de trabalho (40ºC e 20 min). Para isso, durante o estudo cinético, foram utilizados os modelos pseudo primeira ordem, pseudo segunda ordem, Weber e Morris e, Elovich sendo verificado que o modelo que mais se ajustou foi o de pseudo segunda ordem (qmax = 78,74 mg/g). Já, durante a avaliação das isotermas de adsorção, foram avaliadas as isotermas de Langmuir, Freundlich e Temkin. Através da análise dos dados, verifica-se que, com o aumento da temperatura, aumenta a porcentagem de remoção de paracetamol, porém, acima de 40 ºC, começa a ocorrer uma redução no percentual de remoção. Também foi possível verificar que o modelo que melhor se ajustou aos dados foi o da isoterma de Temkin.
Obtenção de etanol e derivados a partir do milho
(2023-06-15) Romagnolo, Isabella Bonasorte ; Alves, Isabella Pereira; Leite, Luana Elias
Os biocombustíveis são a principal alternativa ao uso dos combustíveis fósseis, como o petróleo, o carvão e o gás natural. Estes biocombustíveis são produzidos utilizando como matéria-prima, óleos vegetais, gorduras animais, cana-de-açúcar, milho, celulose, entre outros. Essa mudança na fonte de energia utilizada é necessária, devido aos impactos ambientais gerados pelos combustíveis fósseis, como alta taxa de emissão dos gases do efeito estufa, poluição do ar e escassez de recursos, problemas esses que são mitigados com a utilização dos biocombustíveis que emitem menos gases e substâncias tóxicas, além de serem provenientes de fontes renováveis, podendo ser utilizados até mesmo, os resíduos agrícolas ou orgânicos. Dessa forma, levando-se em consideração os fatores apresentados, durante o desenvolvimento do presente trabalho, inicialmente foram realizados testes de extração sólido-líquido com os grãos de milho, utilizando o etanol e o hexano como solvente, dos quais a parte líquida foi destilada para a obtenção do óleo de milho, e o resíduo sólido foi levado para etapas de purificação para separação do amido de milho e das proteínas. Posteriormente, o amido de milho foi submetido a testes de hidrólise ácida, utilizando HCl, e enzimática, utilizando as enzimas β-glicosidase e amilase, para obtenção dos açúcares fermentescíveis que serão destinados ao processo de fermentação para produção do bioetanol de 1ª geração. Já a palha e o sabugo, foram submetidos a uma caracterização para determinação da composição química do material, seguindo para o pré-tratamento ácido, a fim de realizar a deslignificação do resíduo lignocelulósico, e posterior hidrólise enzimática, utilizando a enzima CellicCTec2®, etapa responsável pela conversão dos açúcares fermentescíveis para produção de bioetanol de 2ª geração.
Estudo de diferentes configurações de hidrólise e fermentação no processo de produção de bioetanol a partir de fibra de sisal de agave sisalana
(2023-06-15) Santos, Matheus da Fonseca dos; Santos, Thaís de Moura; Silva, Hercules Viana Soares da
Com o crescimento rápido da demanda de combustíveis em diversos setores da sociedade, e as expectativas negativas acerca aos impactos ambientais e as dificuldades de extração de combustíveis fósseis, como o petróleo, impulsionam cada vez mais a produção nacional de combustíveis renováveis, em especial o etanol. Nesse contexto, este trabalho sugere o estudo de resíduo lignocelulósico de fibra de sisal (Agave Sisalana) para a produção de etanol, já que se trata de uma biomassa lignocelulósica promitente em relação à disponibilidade em território brasileiro, devido às grandes plantações por hectares presentes na região nordeste, sendo viável economicamente e com baixo impacto ambiental. Ademais, o cultivo da Agave ocorre de maneira pouco exigente, uma vez que os seus cuidados se resumem a capina e erradicação dos brotos, logo, possuem capacidade de serem relativamente produtivas em solos pobres em nutrientes em regiões áridas e semiáridas. Entretanto, o processo de produção do bioetanol através dessa planta, apresenta como principal dificuldade a baixa taxa de conversão da biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Dessa maneira, este trabalho estuda as diferentes configurações de hidrólise enzimática e fermentação da fibra de sisal de Agave Sisalana para produção de etanol 2G visando identificar qual é mais eficiente. A fibra de sisal foi submetida inicialmente a duas formas de pré-tratamento, o alcalino e o ácido, determinando o melhor tipo para diminuição do grau de polimerização da celulose. Em seguida, foi realizado um plano preliminar em relação à composição da Agave e extração da lignina, componente responsável pela inibição da conversão dos polissacarídeos da biomassa em açúcares que sofreram a fermentação alcoólica. Posteriormente, a biomassa pré-tratada foi submetida ao processo PSSF avaliando tempo de pré-sacarificação, carga de biomassa e dosagem enzimática sobre a eficiência global do processo e título em etanol. Conforme os resultados obtidos, foi evidenciado melhor desempenho para a estratégia com sacarificação e fermentação separados (SHF), com a amostra pré-tratada com NaOH 4% (m/v). O pré-tratamento alcalino mostrou-se mais eficiente, já que apresentou maiores teores de celulose e hemicelulose, sendo 74,3% de celulose e 2,8% de hemicelulose para o alcalino, enquanto para o ácido, 73,3% de celulose e 0,42% de hemicelulose. Em relação às configurações de hidrólise e fermentação, destaca-se o SHF com maior eficiência, sendo igual a 65%, contra 37% para o SSF, 39% para o PSSF avaliado em 6 horas de pré-hidrólise e 40% para o PSSF avaliado em 12 horas.
Melhoria do processo de produção de resina fenólica
(2023-06-15) Muniz, Camila Santos ; Costa, Kauê Manoel da ; Silva, Mateus Rocha da
A resina fenólica é um material polimérico sintético com considerável relevância para o cenário econômico mundial por conta de suas características particulares. Com a crescente procura do mercado, é imprescindível a realização de estudos que possibilitem a melhoria dos processos de produção desse produto. Esse material que é formado pela copolimerização de fenóis com aldeídos, que através da catálise em meio básico se origina a resina do tipo resol e catálise em meio ácido gera a resina do tipo novolaca. No presente estudo, é proposta a melhoria no processo de produção da resina fenólica do tipo resol com base nas etapas do processo real de uma indústria localizada no Brasil, onde o processo é operado em semi-batelada durante a primeira hora devido a adição de formaldeído que ocorre lentamente para evitar a excessiva liberação de calor provocado pela reação, e após a adição completa, o processo prossegue em modo batelada. Para isso, a cinética da reação foi tomada diretamente da literatura e foram descritos os balanços molares e de energia para ambas as fases de operação. O modelo cinético foi adaptado da literatura, ajustando-se as constantes cinéticas com dados de conversão obtidos na planta. Esse ajuste foi realizado programando o Excel para minimizar a somatória entre os dados de fração mássica retirados da literatura e os previstos pelo modelo. Após isso, utilizou-se o software MatLab® para simular os modelos fenomenológicos correspondentes ao processo de formação dos precursores da resina fenólica. Assim, foi possível adequar os valores das constantes cinéticas da reação de adição ao processo produtivo. O estudo do balanço de energia foi norteado pelo ajuste do coeficiente global de troca térmica com a utilização da função Fminsearch do MatLab® para minimizar a somatória do erro quadrático entre os dados de temperatura da indústria e os obtidos pelo modelo matemático. Dessa forma, obtém-se o perfil de temperatura que mais se adequa ao processo produtivo em estudo. Dessa maneira, foi possível analisar as condições operacionais e realizar a melhoria do processo avaliando a influência da razão molar (formaldeído / fenol) e do tempo de adição do formaldeído no perfil de temperatura e na conversão do fenol. Com os resultados obtidos foi possível a melhoria do processo mantendo o tempo de adição de formaldeído em 1:00 hora e aumentando a razão molar da resina de 2,19 para 3,0. Assim, o trabalho contribuiu para a geração de resultados positivos ao processo, permitindo ganhos de produtividade com maior conversão de fenol e controle de temperatura.
Estudo de melhoria da eficiência energética de uma planta de resinas
(2022-12-07) Barbeta, Ana Carolina Silva ; Perossi, Beatriz de Oliveira; Sorbile, Gabriela Reche ; Stelmasuk, Guilherme Fernandez
Na indústria química, o consumo energético se traduz, em grande parte, na forma de energia térmica, especialmente no aquecimento e resfriamento de equipamentos e produtos. Por conta disso, este trabalho visa reduzir o gasto de energia em uma fábrica de resinas através da otimização e reaproveitamento das fontes de calor existentes. Por ser uma fábrica antiga, a planta estudada possui muito espaço para melhorias que gerem aumento da eficiência do processo. O ponto focal escolhido para o presente estudo foi um reator de mistura multipropósito e seu trocador de calor do tipo casco e tubos, onde foram estudadas três propostas de reaproveitamento do calor dissipado pelo óleo. A primeira delas consiste em alternar a corrente de água de resfriamento do trocador já existente com água de diluição do processo que deve ser aquecida, conforme necessidade; já a segunda ideia considera um desvio na corrente de óleo com a inclusão de um novo trocador de calor, em prol de aquecer exclusivamente a água de diluição e garantir sua pureza; por fim, a terceira proposta leva em conta a substituição do vapor utilizado no sistema de aquecimento do armazenamento da resina fabricada pelo próprio óleo recirculado no sistema do reator. Optou-se por seguir com as duas últimas alternativas após a realização da análise de viabilidade técnica do processo, para a qual foi preciso estimar algumas variáveis e propriedades, como a vazão de escoamento de óleo no sistema, avaliada entre 45 e 78 m³/h. A partir dos dados encontrados, foi feita uma estimativa de custo de aquisição e instalação do novo trocador de calor, que possibilitou estipular um tempo de retorno médio de 20 meses para este investimento, comprovando sua viabilidade econômica. Para o trocador proposto, obteve-se um intervalo de custos para diferentes condições de operação do processo, as quais deverão ser apresentadas à empresa em estudo como um conjunto de soluções para futura discussão e decisão. Por fim, a partir do estudo dos pontos de economia no processo, foi estimada uma redução anual de R$ 1,5 M na geração de vapor na caldeira, considerando o gás natural, a água desmineralizada e a implementação das duas propostas viáveis, representando 27,3% de redução nos gastos gás natural para a empresa.
Obtenção de mistura combustível através do fracionamento do bio-óleo da pirólise de biomassa
(2022-12-07) Aprile, Lucas Archivaldo ; Nava, Gustavo de Moraes ; Kuhn, Werner Heinrich Gai ; Tozi, Luiz Henrique Malucho ; Gonçalves, Daniel Rodrigues ; Francisco, Kelvin
A obtenção de fontes de energia mais limpas e renováveis é imprescindível para uma sociedade como a nossa, que atualmente tem um alto consumo energético e problemas ambientais agravantes. Nesse contexto, a biomassa é uma importante matéria-prima, e sua conversão pelo processo de pirólise gera um bioproduto chamado bio-óleo, um líquido escuro e viscoso que contém vários compostos químicos como: álcoois, aldeídos, fenóis e lignocelulósicos. A vasta gama de compostos presentes no bio-óleo despertou o interesse para o seu fracionamento. Visto isso, este trabalho procura contribuir e aprofundar-se na otimização e obtenção de um processo de produção de misturas combustíveis de origem verde através do fracionamento do bio-óleo proveniente da pirólise de biomassa.
Avaliação do efeito do banho de ultrassom na recuperação do ácido tereftálico a partir da despolimerização do poli(tereftalato de etileno)
(2023-02-15) Manfredi, Giovani Lucas Menegatti; Martins, Leonardo Toledo; Portela, Patricia Gomes; Braga, Renan Alves; Bezerra, William Pereira
Pelo fato do poli(tereftalato de etileno) (PET) ser um poliéster quimicamente estável e possuir um elevado número de aplicações, a sua produção e consumo vêm crescendo consideravelmente nos últimos tempos. O elevado consumo de materiais plásticos junto ao descarte inadequado, dão origem a alguns impactos ambientais que são alarmantes. Para minimizar os impactos ambientais gerados pelo descarte indevido do PET, são propostas técnicas de reciclagem. A reciclagem química tem instigado estudos por parte da comunidade científica, visto que podem ser obtidos produtos de alto valor agregado e que podem ser utilizados em novos processos industriais ou até mesmo para a sintetização de novas resinas PET. Neste trabalho foi tratado uma das etapas do processo de reciclagem química das resinas de poli(tereftalato de etileno) pós consumo, através da hidrólise em meio ácido com o auxílio do banho de ultrassom, com a finalidade de analisar quais são as melhores condições de reação para se obter o ácido tereftálico (PTA) com um grau de pureza adequado para ser reutilizado no processo de fabricação de resinas PET. Foram realizados experimentos utilizando soluções de ácido sulfúrico, nítrico e ácido fluorântimonico hexahidratado, sob aquecimento ou em banho de ultrassom. Como resultados, recuperou-se: 97,4 % do PTA através da solução de ácido sulfúrico 14 M sob aquecimento; 33,9 % do PTA através da solução de ácido nítrico 8 M sob aquecimento. Outros experimentos foram realizados utilizando as soluções ácidas sob aquecimento com a adição de um catalisador de transferência de fase (iodeto de tetrabutilamônio), apresentando resultados de recuperação de PTA satisfatórios, sendo que as massas obtidas de PTA mais que dobraram em relação aos experimentos em que não foram utilizados o catalisador de transferência de fase. Os experimentos utilizando soluções de ácido fluorântimonico hexahidratado 0,15 e 0,3 M sob aquecimento, não apresentaram resultados satisfatórios, não havendo nenhuma recuperação do ácido tereftálico. As mesmas soluções de ácido sulfúrico, nítrico e ácido fluorântimonico hexahidratado que foram submetidas ao aquecimento também foram colocadas em banho de ultrassom sem aquecimento, e os resultados dos experimentos obtidos utilizando o meio ácido em banho de ultrassom não foram satisfatórios, apresentando baixa recuperação do PTA quando utilizada as soluções de ácido sulfúrico 12 e 14 M, e as demais soluções ácidas utilizadas em banho de ultrassom não apresentaram nenhuma recuperação do PTA.
Aproveitamento integral de resíduos de tecido de algodão para produção de biocombustível (etanol 2G) e bioproduto (carboximetilcelulose)
(2022-12-07) Silva, Bianca de Lima; Fukamizu, Daniel Isao; Silva, Denise Rodrigues Barbosa da; Gauto, Lucas Pazinato; Oshikata, Milena Sayuri Kaminaga; Blas, Natalia Silva
Com a crescente demanda por combustíveis renováveis, torna-se necessário o uso de processos que permitam o uso de materiais lignocelulósicos para produção de biocombustíveis de segunda geração. Em contrapartida, a indústria têxtil é um ramo da indústria brasileira que gera impactos negativos ao meio ambiente, em especial, pela má destinação de sua grande quantidade de resíduo. A indústria brasileira gerou em média 160 mil toneladas de resíduos têxteis por ano antes do período de pandemia (2018), sendo que a maioria destas toneladas são direcionadas à aterros. Tendo em vista o exposto, o presente trabalho tem como objetivo o aproveitamento de resíduo de tecido de algodão da indústria têxtil para a obtenção de etanol de segunda geração a partir da fermentação com a levedura industrial Saccharomyces cerevisiae de açúcares fermentescíveis obtidos via hidrólise enzimática do material celulósico presente no algodão. Experimentos de hidrólise enzimática foram realizados avaliando os efeitos da concentração de enzima e biomassa. Sob condições otimizadas, operando em uma concentração elevada de biomassa (20% m/v) e dosagem enzimática de 15 FPU/gcelulose, foi possível obter uma concentração de açúcares redutores de 103 g/L correspondendo à uma conversão de celulose a glicose de 47,34%. Observou-se que a carga de sólidos é o fator que mais impacta a produção de açúcares redutores da hidrólise enzimática. Por outro lado, a carga enzimática não apresentou grandes variações nas taxas de conversão, devido à fatores como o contato limitado promovido pela agitação e o tempo de reação. A fermentação da solução açucarada obtida da melhor condição experimental avaliada teve conversões acima de 99% de glicose consumida, e em média 86,91% de conversão de glicose a etanol, o qual corresponde a um teor de etanol de 42,55 g/L. Além disso, utilizando a celulose residual do tecido de algodão resultante da etapa de hidrólise, foi possível avaliar qualitativamente a produção de carboximetilcelulose (CMC) via RMN em espectrofotômetro, o que significa que os resíduos sólidos da hidrólise podem ser reaproveitados para sua produção. Sendo assim, com base no observado, o processo de produção de etanol de segunda geração a partir de resíduos de tecido de algodão mostra grande potencial principalmente após uma futura otimização da hidrólise enzimática, que possui conversão de celulose a glicose abaixo de 50%.
Avaliação da argila montmorillonita e argila bentonita para a adsorção de íons de cobre presentes na aguardente de cana-de-açúcar
(2022-12-07) Meirelles, Bianca Moura de; Bonanni, Gabriel Príncipe Gimenes; Gallo, Giovanna Ruiz; Fais, Juliana D’angelo Boveri; Galdino, Kemilyn Rodrigues Amâncio; Silva, Paula Colhado Freitas da
A remoção de íons metálicos pela técnica de adsorção vem ganhando espaço nas áreas de tratamento de efluentes, principalmente devido a sua toxidade, tanto para o ambiente quanto para a saúde humana, e que pode ser estendida para todos os demais segmentos da indústria química, farmacêutica, agro e alimentícias. O processo de produção da cachaça artesanal, por exemplo, devido ao uso de alambiques de cobre na etapa de destilação, resulta no acúmulo desse metal no produto e, devido a fiscalização fraca, grande parte deste produto contaminado é vendido no mercado. Neste contexto, o presente trabalho avaliou a eficiência da retirada do cobre existente nas aguardentes de cana-de-açúcar, a partir do processo de adsorção, utilizando argilominerais como adsorventes, uma vez que possuem as propriedades adequadas como a alta área superficial que auxilia na interação com o adsorvível. Com isso, utilizou-se as argilas montmorillonita e bentonita, ambas previamente calcinadas, analisadas em condições diferentes, como meio comparativo para que a eficiência de remoção de cada adsorvente seja observada. Foi obtido resultados com alta eficiência de adsorção, mostrando que a argila bentonita é mais eficiente em comparação com a argila montmorillonita.
Otimização de reator de polimerização
(2021-12-10) Piedade, Fernanda Gomes; Camilo, Lara Cristina da Silva; Prevedel, Matheus Menna Barreto; Nascimento, Natália Bravin
A indústria de tintas e vernizes no país evoluiu muito nos últimos anos devido à crescente necessidade dos mercados nacional e internacional, o que exigiu das empresas o fornecimento de produtos e serviços com melhor qualidade. Nessa indústria, o poli metacrilato de metila (PMMA) é um produto relevante, logo é necessário garantir que este apresente suas principais propriedades mecânicas e químicas dentro das especificações exigidas. Tais propriedades como resistência mecânica e química são afetadas por características poliméricas como massa molar média, índice de fluidez, compatibilidade entre o polímero e o solvente, dentre outras, que são amplamente influenciadas pelas condições de processo. Sendo assim, este trabalho propõe avaliar e otimizar o processo de polimerização de metacrilato de metila (MMA) realizado em um reator semi-batelada, cuja reação é conduzida em solução, aplicando como solvente o xilol e peróxido de benzoíla como iniciador da polimerização. Para isso, estudou-se o modelo matemático que descreve o sistema e, através do software Matlab, simulou-se e aprimorou-se as condições operacionais da polimerização do metacrilato de metila (MMA) em um reator industrial. A partir do ajuste de parâmetros cinéticos do modelo aplicado, que objetivavam a minimização do erro quadrático entre a conversão experimental e a prevista pelo modelo, foi possível adequar o valor para a energia de ativação de decomposição do iniciador, cujo valor é de 131,87 kJ/mol, permitindo que o reator industrial fosse melhor representado pelo modelo. Com isso foi possível avaliar as condições operacionais e realizar a otimização do processo, cujos principais resultados foram a diminuição da temperatura de 116°C do meio reacional para 110°C, e a redução do tempo de polimerização em até uma hora e do tempo de adição em até uma hora e meia, sem alterar a relação monômero/iniciador. Para esses resultados o com grau de conversão e o peso molecular médio ponderal mínimos atingido são de 97,73% e 6,29E4 g/mol respectivamente. Entretanto a taxa de calor gerada na polimerização excede em 50% o valor limite de 4,5E5 W, sendo necessária uma futura análise econômica para verificar a possibilidade de expandir o potencial de resfriamento atual.
Estudo da obtenção de açúcares a partir da hidrólise da celulose presente em papelão para produção de etanol
(2021-12-10) Silva, Erickson Soares da; Policarpo, Giovanna Pereira; Antonio, Luccas Mori; Palma, Marcela Sales
Biocombustíveis são fontes renováveis de energia consolidadas atualmente frente as metas de redução de emissão de gases do efeito estufa, mitigando efeitos negativos do uso de combustíveis fósseis. Um promissor biocombustível de segunda geração é o etanol celulósico, obtido através da quebra da cadeia da celulose que resulta em glicose e submetida, posteriormente, à fermentação. O desenvolvimento de tecnologias de produção de bioetanol de materiais lignocelulósicos é favorável devido às diversas vantagens do uso da biomassa residual para produção de etanol de segunda geração. Neste trabalho, resíduos de papelão gerados nas atividades de transporte e logística foram hidrolisados quimicamente em um sistema de refluxo com solução 10% e 35% em massa de H2SO4 por 6 horas e 4 horas, respectivamente, a 100 °C de modo a testar seu potencial como fonte de açúcar. Esses materiais podem ser convertidos em especialidades químicas de alto valor agregado, como ácidos orgânicos. Os resultados mostraram que a taxa de conversão da matéria prima em açúcares totais, sem o uso dos líquidos iônicos nas etapas ácidas, resultou na concentração de 6,09 g/L utilizando o ácido a 10 %; porém utilizando o ácido a 35%, a concentração de açúcares totais obtida foi 0,85 g/L. Com o uso de líquido iônico, os resultados nas hidrólises foram 6,56 g/L e 5,68 g/L respectivamente, indicando que a hidrólise química pode ser usada como método para decompor resíduos de papelão, especialmente se forem utilizadas condições operacionais mais rigorosas e que o uso dos líquidos iônicos favorece essa obtenção, principalmente em condições mais extremas. Dessa forma, os resíduos de papelão podem ser considerados matéria prima promissora para a produção de biocombustiveis a partir dos açúcares gerados.
Avaliação do processo de tratamento de água da higienização de caixa de transporte de produtos agrícolas
(2021-12-10) Oliveira, Douglas Gonçalez de; Reguero, João Felipe de Paiva; Anacleto, Lucas Lauand; Ferreira Jr., Valter Lucio
O transporte de alimentos advindos da agricultura normalmente são transportados por caixas de polipropileno devido a sua facilidade logística, peso reduzido e maior resistência mecânica comparada à outros materiais. Entretanto, durante o transporte, resíduos desses alimentos ficam depositados nas caixas, impossibilitando que as mesmas sejam utilizadas no transporte de uma nova leva de alimentos. Sendo assim, é necessário que sejam submetidas a um processo de lavagem e esterilização, uma operação na qual o consumo de água representa um dos maiores custos da atividade do processo. Tendo em vista esse cenário, o presente trabalho tem como objetivo estudar maneiras de otimizar e melhorar a eficiência do processo de lavagem das caixas, além de reutilizar a água do processo, avaliando a possibilidade do seu tratamento ou parceria com empresas próximas para a comercialização dessa água de reuso. O projeto tomou como objeto de estudo o processo da empresa HB-SMR, que tem como sua principal atividade a locação de caixas de polipropileno destinadas ao transporte de alimentos. Para tal atividade, é necessário realizar a limpeza e higienização das caixas. Levando em consideração o alto consumo de água e inexistente reutilização de recursos, o projeto propôs que seja realizado um tratamento e reciclo do efluente. Para isso, foram realizados testes laboratoriais com a finalidade de avaliar a eficiência do uso de peróxido de hidrogênio para a oxidação da matéria orgânica, assim como o uso de sulfato de alumínio para a coagulação e posterior decantação e filtragem das impurezas. Realizando o dimensionamento dos equipamentos do processo de tratamento do efluente, bem como a análise de custo para a aplicação do projeto. Além disso, durante o estudo das atividades da HB-SMR, notou-se uma demora excessiva para a entrega dos produtos utilizados para a limpeza e higienização das caixas, dificultando o controle de estoque. Dessa forma, vislumbrou-se a troca dos produtos por outros já existentes no mercado, buscando uma entrega mais rápida e eficiente. Com isso, foi possível obter produtos mais eficientes no processo de lavagem e ainda gerar economia para a empresa.
Segurança de processos
(2021-12-10) Amaral, Andreza Fernandes; Freitas, Daniel Felipe de; Magalhães, Gabriela Alves; Ferreira, Kamila
A indústria química possui inúmeros perigos intrínsecos ao seu funcionamento, como seus reagentes, produtos, os equipamentos utilizados e as próprias características das reações químicas conduzidas. Por conta disso, conhecer e saber como atuar nos riscos destes processos é fundamental para garantir a segurança de todos aqueles presentes no mesmo ambiente da empresa, também para manter o processo funcionando sem acidentes, além de garantir seguridade econômica, ambiental e jurídica para as indústrias. Sabe-se também que existem inúmeros estudos de simulação de processos, que visam avaliar a viabilidade de uma rota e estudar seus balanços de massa e energia, porém, tais estudos não avançam nas etapas de implementação e conhecimentos dos riscos do processo. Portanto, o propósito deste trabalho foi usar dois fluxogramas de produção de biodiesel feito a partir da reação de transesterificação em meio básico que se diferem apenas na forma de preparação dos reagentes que seriam a reação de esterificação e a desacidificação física, captando os dados necessários para efetuar os estudos de riscos e demonstrando de forma prática os pontos que devem ser levados em consideração em uma boa análise, focando nos tipos de acidentes que podem ocorrer com base em cada equipamento e processo utilizados. Também foi proposto, com base em uma matriz de risco definida pelos autores com base em outras presentes na literatura, indicar como proceder com cada um dos patamares de risco – tendo como possibilidades: relevar a existência do risco, atuar no risco para diminuir sua magnitude e/ou sua probabilidade ou, por fim, terceirizar o risco por meio de uma apólice de seguro patrimonial. Neste trabalho foi pretendido validar qual tipo de análise de risco é melhor para o processo. Estes objetivos foram alcançados de forma teórica, analisando inicialmente os produtos, reagentes e utilidades empregados, em seguida analisando-se individualmente os equipamentos e, posteriormente, analisando os processos presentes (reações químicas, transporte de reagentes, trocas térmicas etc.,) usando dos métodos HAZOP e FMEA, e, com base nos resultados obtidos, conclui-se que a análise HAZOP é mais indicada para processos químicos, entretanto, a análise FMEA pode ser considerada para pequenas análises e é a ferramenta preferencial para análise de equipamentos isolados. Por fim, com base nas análises efetuadas, foi possível inferir que a rota de desacidificação física se apresenta como a mais segura dentre as estudadas, além de aparentar ter sua instalação, manutenção e operação mais baratas.

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