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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.97.2014.tde-25032015-152657
Documento
Autor
Nome completo
Ana Leticia de Lima Rico
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2014
Orientador
Banca examinadora
Oliveira, Pedro Carlos de (Presidente)
Andrade, Grazielle Santos Silva
Castro, Heizir Ferreira de
Título em português
Produção enzimática de biodiesel etílico em reator de leito fixo e regime de fluxo contínuo uitilizando células íntegras de Mucor Circinelloides imobilizadas em espuma de poliuretano
Palavras-chave em português
Biodiesel etílico
Células íntegras
Imobilização
Lipase
Poliuretano
Resumo em português
O biodiesel, que possui grande potencial para substituição do diesel tradicional na matriz energética, é amplamente estudado pela rota enzimática, cujo biocatalisador pode ser usado de duas formas principais: extra e intracelular. A forma intracelular é considerada mais vantajosa por evitar processos complexos de isolamento, purificação e imobilização, diminuindo o custo efetivo das enzimas. O custo enzimático também pode ser reduzido pela imobilização em suporte adequado. Com base neste contexto, este trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar espumas de poliuretano utilizando diferentes formulações e verificar a influência das variáveis temperatura, pH, tempo de cultivo e quantidade mássica de suporte no crescimento de biomassa microbiana in situ de Mucor circinelloides URM 4182 nas espumas de poliuretano sintetizadas, visando a aplicação em processo não contínuo e contínuo de produção de biodiesel etílico a partir do óleo de babaçu. Definidas as melhores condições de cultivo, o trabalho teve como foco a otimização dos parâmetros de produção em sistema contínuo e reator de leito fixo: tempo espacial e razão molar óleo:álcool. Na primeira etapa de trabalho, a biomassa imobilizada em pH 5,5 a 35 ºC em 96 h e com 100 cubos de suporte EPU3 foi a que apresentou resultados de conversão mais elevados no sistema não contínuo (98%). Esta condição foi utilizada para definir os parâmetros da produção de biodiesel em reator de leito fixo e regime de fluxo contínuo. Inicialmente utilizou-se um reator com 44 mm de diâmetro e 56 mm de altura. Com este reator o melhor resultado em termos de rendimento foi da ordem de 64 ± 1,66 % obtido com um tempo espacial de 86 h e razão molar óleo:álcool de 1:6 com 120 cubos de biomassa imobilizada. Outras geometrias de suporte foram analisadas, mas o formato cúbico foi o mais estável, mantendo o rendimento durante o período analisado, apresentando uma perda de biomassa de 2% e produtividade de 5,68 ± 0,15 mg éster g-1 meio h-1. Visando aumentar o rendimento e a produtividade do sistema contínuo, utilizou-se uma segunda configuração de reator com 30 mm de diâmetro e 420 mm de altura. Utilizando os parâmetros já definidos e a nova configuração de reator, obteve-se um rendimento médio de 86 ± 3,53 % a partir do primeiro tempo espacial. A reação foi conduzida por um período máximo de 30 dias. O resultado apresentado em termos de produtividade foi de 7,57 ± 0,31 mg éster g-1 meio h-1 e a perda da biomassa de 44,55 ± 2,40 %. Os resultados de rendimento e produtividade apresentados pelo reator de razão diâmetro:altura de 1:14 foram superiores aos do primeiro reator utilizado que possuía essa razão de 1:1,3. Todavia, grande perda de biomassa foi observada. De forma geral, os resultados encontrados foram promissores para a utilização das células íntegras de Mucor circinelloides imobilizadas em espuma de poliuretano EPU3 para produção de biodiesel em reator de leito fixo operando em fluxo contínuo. Alguns ajustes ainda são necessários, como reduzir a vazão de alimentação inicial para estabilização do leito, visando uma menor perda de biomassa para obtenção de resultados ainda mais relevantes.
Título em inglês
Enzymatic production of ethyl biodiesel in a packed-bed continuous flow reactor using Mucor circinelloides whole-cell immobilized in polyurethane foam as biocatalyst
Palavras-chave em inglês
Ethyl biodiesel
Immobilization
Lipase
Polyurethane
Whole cells
Resumo em inglês
Biodiesel has a great potential to replace traditional diesel in the energy matrix and has been widely studied by enzymatic route, whose biocatalyst can be used in two main forms: extra and intracellular. The intracellular is considered more advantageous to avoid complex processes of isolation, purification and immobilization, reducing the effective cost of the enzymes which can also be reduced by immobilization of such biocatalysts on suitable matrix. This study aimed the synthesis and characterization of polyurethanes foams with different recipes and to verify the influence of the variables temperature, pH, cultivation time and mass amount of support in the growth in situ of Mucor circinelloides URM 4182 microbial biomass in the synthetized polyurethane foams, for application in noncontinuous and continuous production process of ethyl biodiesel from babassu oil. After the best growing conditions were defined, the focuses of this work changed to the optimization of the parameters of continuous production system in a fixed bed reactor: space time and molar ratio oil: alcohol. In the first stage of the work, the biomass immobilization in 100 cubes of support EPU3 at pH 5.5 and 35 °C in a period of 96h showed the highest conversion results in non-continuous system (98%). This condition was used to define the parameters of biodiesel production in a continuous flow fixed bed reactor. Initially, a 45 mm diameter and 55 mm height reactor was used. The best yield result with this reactor was approximately 64 ± 1.66% with a space-time of 86 h and the molar ratio oil: alcohol of 1:6 with 120 cubes of immobilized biomass. Different geometries of support were also analyzed, but the cuboid was the most stable, maintaining stable during the period analyzed, with a loss of 2% of biomass and productivity of 5.68 ± 0.15 mg ester. g-1 medium. h-1. In order to increase the yield and productivity in the continuous system, we used a second configuration of reactor: 30 mm in diameter and 420 mm height. It was obtained an average yield of 86 ± 3.53% from the first residence time using the parameters defined and the new configuration of the reactor. The reaction was carried for a period of 30 days. The productivity of was 7.57 ± 0.31 mg ester g-1 medium. h-1 and the biomass loss 44.55 ± 2.40%. The yield and productivity results presented with the second reactor, which diameter:height ratio was 1:14 was higher than that used in the first reactor which the diameter:height ratio was 1:1.3. However, great loss of biomass was observed. Overall, the results were promising for the use of whole cells of Mucor circinelloides immobilized in polyurethane foam EPU3 for biodiesel production in fixed bed reactor operating in continuous flow. Some adjustments are still needed, as the reduction the initial flow feed to stabilize the bed, in order to decrease biomass loss.
 
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EQD14011_C.pdf (2.77 Mbytes)
Data de Publicação
2015-03-25
 
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