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Otimização dinâmica da fermentação alcoólica no processo embatelada alimentada

by Santos Borges, Patrícia Carolina

Abstract (Summary)
Este trabalho apresenta um estudo teórico e experimental da otimização dinâmica da fermentação alcoólica em batelada alimentada utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae num fermentador de 5 L. Foram realizados doze experimentos, três em batelada e nove em batelada alimentada, com concentrações iniciais de sacarose na faixa de 154 a 195,6 g/L para os experimentos em batelada e na faixa de 217 a 285 g/L para os experimentos em batelada alimentada. Os tempos de enchimento do fermentador variaram de 3 a 5 horas. O volume do inóculo correspondeu a 30% do volume do fermentador com concentração de álcool igual a 4%, típica dos processos industriais.São apresentados resultados sobre a influência do tempo de enchimento e da concentração de sacarose alimentada sobre os perfis de concentração de células, substrato e produto e sobre os rendimentos e produtividades na fermentação em batelada alimentada. A estimação dos parâmetros do modelo cinético não estruturado proposto por Tosetto (2002, Dissertação de Mestrado em Engenharia Química ? Universidade Estadual de Campinas, Campinas-SP. 82p) usando os resultados experimentais da fermentação em batelada e da fermentação em batelada alimentada, foi obtida pelo algoritmo de evolução diferencial de Storn e Price (1995, disponível em http://www.ICSI. Berkeley.edu/~storn/code.html, acesso: 13 novembro 2007). A análise de sensibilidade paramétrica e a estimativa do grau de correlação entre os parâmetros por meio da matriz de sensibilidade dos modelos foram feitas com o código DDASPK (Petzold et al., 2000, Code DDASPK. Copyright. University of Califórnia, 1-206) e com a metodologia proposta por (Sanz e Voss, 2006, Advances in Water Resources, 29, 439-457) respectivamente. O modelo cinético proposto representou satisfatoriamente a fermentação em batelada alimentada apesar da alta correlação entre os parâmetros, e o Problema de Otimização Dinâmica foi formulado para um caso experimental específico que resultou na maior produção de etanol (concentração de substrato alimentado = 285 g/L e tempo de enchimento = 5 h). O perfil ótimo simulado da vazão de substrato alimentado que maximiza a produção de etanol, sujeito a restrições no volume, na vazão de alimentação e no rendimento, foi obtido pela metodologia proposta por Lobato et al. (2006, XXII IACChE (CIIQ) 2006 / V CAIQ AAIQ Asociación Argentina de Ingenieros Químicos IACChe - Interamerican Confederation of Chemical Engineering), que utiliza a Função Identificadora de Fases para determinar a seqüência de arcos não singulares e singulares e os tempos de transição entre as fases. O perfil ótimo é formado por uma seqüência: vazão máxima-vazão singular-vazão mínima, com tempo de fermentação de 5,11 h, definida com base na análise das condições operacionais que favoreciam o crescimento celular na fase inicial e a formação de produto na fase final, conforme indicado por Modak et al. (1986, Biotechnol. Bioeng., 28, 1396-1407).
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Bibliographical Information:

Advisor:Valeria Viana Murata; Miriam Maria de Resende; Luís Cláudio Oliveira Lopes; Roberto de Campos Giordano; Eloizio Julio Ribeiro

School:Universidade Federal de Uberlândia

School Location:Brazil

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Fermentação em batelada alimentada Evolução diferencial Otimização dinâmica ENGENHARIA QUIMICA Álcool

ISBN:

Date of Publication:03/07/2008

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