Modelagem e simulação da fermentação alcoólica em batelada e contínua com múltiplos reatores em série

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dc.contributor.advisor1Costa Junior, Esly Ferreira da
dc.contributor.authorZanardi, Mayara dos Santos
dc.contributor.referee1Carvalho, Raquel Vieira de
dc.contributor.referee2Costa, Andréa Oliveira Souza da
dc.date.accessioned2018-08-01T22:57:14Z
dc.date.available2018-08-01
dc.date.available2018-08-01T22:57:14Z
dc.date.issued2016-02-26
dc.description.abstractEthanol stands out, compared to fossil fuels, because of its economic and environmental benefits. In Brazil, the second largest world producer, practically all ethanol production is obtained from the fermentation of saccharose (present in sugarcane). Improvements in the fermentation process for ethanol production could make it more competitive. In this context, this study has for objective develop a model for batch fermentation process of literature and a real industrial process that operates in a continuous mode with multiple reactors in series, using kinetic models from literature. The model for each component of interest was developed through transient mass balance on the reactor. The system of ordinary differential equations, resulting from the dynamic model, was integrated by the Runge-Kutta method of 4th order in Matlab® software. The estimation of kinetics parameters was performed by nonlinear optimization of an objective function by Nelder and Mead Simplex method. Two optimization strategies were adopted for the batch process: in the first strategy the µmax parameter is kept fixed and in the second this parameter is estimated. Six different kinetic models were tested. The estimated parameters were sensitive to small changes in experimental data set, moreover, the estimation of the parameter µmax had a strong positive influence on some models. The models Ghose and Tyagi (1979), Jin et al. (1981) and Tosetto (2002) showed the best performance in predicting the behavior of the concentration of the components in the reactor. The parameters of five kinetic models were estimated in the continuous process. The models that consider inhibition by product were better than those without this type of inhibition.
dc.description.resumoO etanol se destaca, em relação aos combustíveis fósseis, devido aos seus benefícios econômicos e ambientais. No Brasil, segundo maior produtor mundial, praticamente toda a produção de etanol é proveniente da fermentação da sacarose (presente na cana-de-açúcar). Melhorias no processo de fermentação para a produção do etanol poderiam torná-lo ainda mais competitivo. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo para um processo de fermentação em batelada da literatura e um processo industrial real, que opera de modo contínuo com múltiplos reatores em série, utilizando modelos cinéticos já apresentados na literatura. A equação para cada componente de interesse em cada reator foi desenvolvido por meio do balanço de massa em estado transiente. O sistema de equações diferenciais ordinárias, resultante do modelo dinâmico foi integrado pelo método de Runge-Kutta de 4ª ordem do software Matlab® . A estimação dos parâmetros cinéticos foi realizada por meio da otimização não linear de uma função objetivo pelo método Simplex Nelder e Mead. No processo em batelada duas estratégias de otimização foram adotadas: na primeira estratégia o parâmetro µmax é mantido fixo e na segunda o parâmetro é estimado. Seis diferentes modelos cinéticos foram testados. A estimativa dos parâmetros foi sensível a pequenas alterações no conjunto de dados experimentais, além disso, a estimação do parâmetro µmax teve uma forte influência positiva sobre alguns modelos. Os modelos Ghose e Tyagi (1979), Jin et al. (1981) e Tosetto (2002) foram os que apresentaram um melhor desempenho em predizer o comportamento da concentração dos componentes no reator. No processo contínuo foram estimados os parâmetros de cinco modelos cinéticos. Os modelos que consideram inibição por produto tiveram um desempenho superior aos que não consideram esse tipo de inibição.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/7826
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Química
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química
dc.rightsopen access
dc.subjectFermentationeng
dc.subjectParameter estimationeng
dc.subjectEstimação de parâmetrospor
dc.subjectNonlinear optimizationeng
dc.subjectOtimização não linearpor
dc.subject.br-rjbnFermentação
dc.subject.br-rjbnÁlcool
dc.subject.cnpqEngenharia Química
dc.subject.udc66.0
dc.titleModelagem e simulação da fermentação alcoólica em batelada e contínua com múltiplos reatores em série
dc.typemasterThesis
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