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Simulação e validação de processo de fermentação alcoólica e desenvolvimento de banco de dados para bioprocessos em simulador de processos (SimCentral/AVEVA).

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dc.creator.ID FERREIRA, J. S. pt_BR
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/1281864054291674 pt_BR
dc.contributor.advisor1 SILVA JÚNIOR, Heleno Bispo da.
dc.contributor.advisor1ID Bispo, H. pt_BR
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/0710351695395057 pt_BR
dc.contributor.advisor2 GUSMÃO, Rennan Pereira de.
dc.contributor.advisor2ID GUSMÃO, R. P. pt_BR
dc.contributor.advisor2Lattes http://lattes.cnpq.br/1660302572995238 pt_BR
dc.contributor.referee1 LOPES, Julice Dutra.
dc.contributor.referee2 PEREIRA NETO, Antônio Tavernard.
dc.description.resumo Os biorreatores são reatores biológicos nos quais ocorrem uma série de transformações bioquímicas. Essas transformações são catalisadas por enzimas ou células vivas. A operação do biorreator é baseada na cinética do processo e na dinâmica dos fluidos do sistema. Tendo em vista a complexidade do sistema biológico e com o intuito de integrar o estudo prático às tecnologias industriais, o objetivo desse trabalho é o desenvolvimento de um banco de dados no simulador SimCentral/AVEVA voltado para bioprocessos. Objetivou-se também realizar a simulação do processo de fermentação alcoólica em reator Batelada, através de modelos fenomenológicos, com a finalidade de estruturá-los para posteriormente serem aplicados ao simulador SimCentral/AVEVA. Esse trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Experimentação Numérica de Processos (LENP/IRIDIUM) da UFCG em parceria com o Laboratório de Análises e Pesquisas de Bebidas Alcoólicas (LBA) da UFPB e com a empresa AVEVA (Industrial Software Solutions). O componente típico desse processo é a glicose, que foi inserida no simulador SimCentral, através do SC Thermo Data (função interna de banco de dados), acompanhada de suas propriedades termodinâmicas e de transporte. Para isso, usou-se como simulador de referência o Aspen Plus. Fez-se uma regressão para as propriedades dependentes da temperatura que foram validadas em MATLAB. Com isso, as constantes de correlação foram encontradas para serem inseridas nas equações do SimCentral. Em relação aos dados experimentais, foi feita uma cinética em batelada para o mosto de canade-açúcar, sendo acompanhados o pH, a temperatura, o crescimento de biomassa, sólidos solúveis, o teor alcoólico e o consumo da glicose (através da análise de açúcares redutores pelo método DNS) em triplicada. Avaliou-se também um tipo de fermentação mais lenta, como a da cerveja, através dos parâmetros encontrados na literatura por Gee (1988). O modelo matemático aplicado para simular o processo foi baseado na Equação empírica de Monod. Como resultado, ao inserir o componente glicose, obteve-se êxito com todas as suas características químicas e termofísicas. Observou-se uma forte influência da temperatura nas propriedades como pressão de vapor, entalpia, calor de vaporização, tensão superficial, densidade, dentre outras, avaliadas nesse trabalho, com coeficiente de determinação entre 0,97 a 1. O modelo fenomenológico estudado obteve valores de RSD (Residual Standard Deviation) de 6,38% para o crescimento celular e 19,53 e 22,48% para o consumo de glicose e produção de etanol, respectivamente. Esses valores indicam o quanto o modelo é capaz de predizer o comportamento do processo real. Toda a estrutura estudada e analisada nesse trabalho está pronta para ser simulada no SimCentral (em Model Writing) como uma continuação ao que foi feito o presente momento. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department Centro de Ciências e Tecnologia - CCT pt_BR
dc.publisher.program PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA pt_BR
dc.publisher.initials UFCG pt_BR
dc.subject.cnpq Engenharia Química pt_BR
dc.title Simulação e validação de processo de fermentação alcoólica e desenvolvimento de banco de dados para bioprocessos em simulador de processos (SimCentral/AVEVA). pt_BR
dc.date.issued 2020-04-29
dc.description.abstract Bioreactors are biological reactors in which a series of biochemical transformations occur. These transformations are catalyzed by enzymes or living cells. The operation of the bioreactor is based on the kinetics process and fluid dynamics of the system. In view of the complexity of the biological system and in order to integrate the practical study with industrial technologies, the objective of this work is the development of a database in the SimCentral/AVEVA simulator focused on bioprocesses and simulate through phenomenological models the process of alcoholic fermentation in Batelada reactor, with the purpose of structuring them to be applied to the SimCentral/AVEVA simulator. In view of the complexity of the biological system, and in order to integrate the practical study with industrial technologies, the objective of this work is the development of a database in the SimCentral/AVEVA simulator related to bioprocesses.The objective was also to perform the simulation of the alcoholic fermentation process in a Batch reactor, through phenomenological models, in order to structure them to be applied later to the SimCentral / AVEVA simulator. This work was developed at the Laboratory of Numerical Process Experimentation (LENP/ IRIDIUM) at UFCG in partnership with the Laboratory of Alcoholic Beverages (LBA) at UFPB and the company AVEVA (Industrial Software Solutions). The typical component of this process is glucose, which was inserted into the SimCentral simulator, through the SC Thermo Data (internal database function), accompanied by its thermodynamic and transport properties. For this, Aspen Plus was used as a reference simulator. A regression was performed for the temperature-dependent properties that were validated in MATLAB. Hence, the correlation constants were found to be inserted in the SimCentral equations. In relation to the experimental data, batch kinetics was made for the sugarcane must, being monitored the pH, temperature, biomass growth, soluble solids, alcohol content and glucose consumption (through the DNS curve) in triplicate. A slower fermentation type, such as beer, was also evaluated through the parameters found in the literature by Gee (1988). The mathematical model applied to simulate the process was based on the Monod empirical equation. As a result, when inserting the glucose component, it was successful with all its chemical and thermophysical characteristics. It was observed a strong influence of temperature on properties such as vapor pressure, enthalpy, vaporization heat, surface tension, density, among others, evaluated in this study, with a coefficient of determination between 0.97 and 1. The phenomenological model studied obtained RSD (Residual Standard Deviation) values of 6.38% for cell growth and 19.53 and 22.48% for glucose consumption and ethanol production, respectively. These values indicate how much the model is able to predict the behavior of the actual process. The entire structure studied and analyzed in this work is ready to be simulated in SimCentral (in Model Writing) as a continuation of what has been done so far. pt_BR
dc.identifier.uri http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/14618
dc.date.accessioned 2020-08-27T17:48:22Z
dc.date.available 2020-08-27
dc.date.available 2020-08-27T17:48:22Z
dc.type Dissertação pt_BR
dc.subject Desenvolvimento de Processos Químicos pt_BR
dc.subject Modelagem Matemática pt_BR
dc.subject Regressão pt_BR
dc.subject Etanol pt_BR
dc.subject Glicose pt_BR
dc.subject Fermentação Alcoólica pt_BR
dc.subject Banco de Dados pt_BR
dc.subject Development of Chemical Processes pt_BR
dc.subject Mathematical Modeling pt_BR
dc.subject Regression pt_BR
dc.subject Ethanol pt_BR
dc.subject Glucose pt_BR
dc.subject Alcoholic Fermentation pt_BR
dc.subject Database pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.creator FERREIRA, Jamilly Salustiano.
dc.publisher Universidade Federal de Campina Grande pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.title.alternative Simulation and validation of alcoholic fermentation process and development of database for bioprocesses in process simulator (SimCentral/AVEVA). pt_BR
dc.description.sponsorship Capes pt_BR
dc.identifier.citation FERREIRA, J. S. Simulação e validação de processo de fermentação alcoólica e desenvolvimento de banco de dados para bioprocessos em simulador de processos (SimCentral/AVEVA). 2020. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2020. pt_BR


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