Mestrado em Engenharia Química

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Acesso aberto (Open Access)
Estudo da solubilidade de ácidos graxos em solventes orgânicos usando o simulador computacional DWSIM
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-11-10) Félix, Celso Ferreira; Basso, Rodrigo Corrêa; Oliveira, Flávio Augusto Dias De; Villalba Morales, Sergio Andres
A desodorização é uma etapa do processo produtivo de óleos vegetais e gera como subproduto o destilado de desodorização de óleo (DDO), uma mistura de componentes de interesse de diversas indústrias, entre eles os ácidos graxos. Diversos modos de extração e purificação desses componentes são reportados na literatura, porém a dissolução fracionada é uma alternativa mais viável e depende do conhecimento da solubilidade destes constituintes do DDO nos solventes. O ajuste de parâmetros de interação a partir de modelos termodinâmicos juntamente com a utilização de simuladores comerciais permite descrever o comportamento da solubilidade em função da temperatura utilizando poucos dados experimentais. Nesse contexto, o presente trabalho objetivou estudar a solubilidade de ácidos graxos em solventes orgânicos usando o simulador computacional DWSIM. Usando dados experimentais de temperatura e fração molar, fez-se o ajuste de parâmetros do modelo NRTL por meio da minimização da função objetivo em planilha eletrônica programada. Após essa etapa, os parâmetros foram adicionados ao DWSIM e então foi realizada as simulações dos sistemas com o propósito de avaliar se os resultados calculados eram próximos aos dados experimentais da literatura, demonstrando esse comportamento em perfis de solubilidade de fração molar por temperatura. Os parâmetros de solubilidade de Hansen foram calculados para auxiliar na explicação das interações soluto-solvente no processo de solubilização dos sistemas. Avaliando a solubilidade dos sistemas binários, obteve-se perfis de solubilidade dos resultados calculados bastante próximos com os dados experimentais, desvios médios menores que 2,5% e maior solubilidade em 2-propanol e menor em etanol. Para os sistemas ternários, também foram obtidos perfis de solubilidade dos resultados calculados que se sobrepuseram aos dados experimentais, redução da solubilidade devido ao efeito antissolvente da água e desvios médios menores que 2,0%. Analisando o sistema ácido láurico + ácido mirístico + etanol, os resultados demonstraram a nítida separação dos ácidos graxos em uma corrente líquida e uma corrente sólida, influenciada pela temperatura e vazão molar de etanol. Comparando a solubilidade entre os ácidos graxos, o ácido láurico é mais solúvel que os ácidos palmítico e esteárico e o aumento da temperatura condiciona a maior interação soluto-solvente na solubilidade dos ácidos graxos no mesmo solvente orgânico. Conclui-se que o ajuste de parâmetros do modelo NRTL e o simulador DWSIM representaram adequadamente a solubilidade dos ácidos graxos nos solventes orgânicos comparando os resultados calculados com os dados experimentais visto a convergência dos perfis de solubilidade obtidos e desvios médios menores que 2,5%.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da solubilidade de fitoesteróis em solventes com até quatro átomos de carbono em diferentes temperaturas
(2022-03-09) Guimarães, Isis Junqueira Furlan; Basso, Rodrigo Corrêa; Rolemberg, Marlus Pinheiro; Oliveira, Flávio Augusto Dias de
A desodorização é uma das etapas do processo de produção do óleo vegetal que consiste em eliminar componentes que causam odores e sabores desagradáveis a ele. Neste processo são eliminados componentes, na forma de uma mistura, que são interessantes para as indústrias químicas, farmacêuticas e alimentícias, dentre eles os fitoesteróis. Uma alternativa simples e de custo relativamente reduzido para a separação dos fitoesteróis dessa mistura é a dissolução fracionada que requer conhecimento da solubilidade dos componentes em diversos solventes e temperaturas. O desenvolvimento da metodologia experimental para determinação da solubilidade dos fitoesteróis mostrou que um tempo de 12 h foi suficiente para os sistemas atingirem o equilíbrio, e que o tempo de 4 h foi mais do que suficiente para a completa evaporação do butanol em estufa de circulação a 70 °C. Os resultados obtidos pela metodologia aplicada ao estudo da solubilidade dos fitoesteróis mostraram que solventes com cadeias carbônicas maiores, como o butanol, e temperaturas elevadas, 313,15K, solubilizam em maior quantidade a mistura de fitoesteróis. Ambos os modelos termodinâmicos, Wilson e NRTL, utilizados para modelar os sistemas binários em estudo mostraram boa representatividade dos resultados experimentais sendo que o modelo NRTL apresentou os menores desvios relativos médios iguais a respectivamente, 0,24, 0,29, 0,25 e 0,20%, para os sistemas contendo metanol, etanol, propanol e butanol. Os cálculos dos parâmetros de solubilidade de Hansen associados a representatividade da mistura de fitoesteróis por uma pseudomolécula teórica mostrou que as forças moleculares que regem as interações fitoesterol – solventes são majoritariamente as forças de dispersão, sendo este resultado corroborado pela maior solubilidade dos fitoesteróis em butanol em comparação aos demais solventes.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo do comportamento do equilíbrio líquido-liíquido de sistemas aquosos bifásicos contendo Pluronic L64 ® + água + sais de sódio
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-09-18) Monteiro Junior, Edson Geraldo; Basso, Rodrigo Corrêa; Mafra, Marcos Rogério; Virtuoso, Luciano Sindra
Os sistemas aquosos bifásicos constituem-se de duas fases líquidas em equilíbrio termodinâmico. São sistemas com potencial de aplicação na substituição e simplificação de etapas em processos de extração e purificação, em especial de biocompostos. Assim, este trabalho objetiva a avaliação experimental do comportamento do equilíbrio líquido-líquido de sistemas aquosos bifásicos constituídos por Pluronic L64 ® + água + sais de sódio bem como de sistemas contendo glicose, variando-se o pH do meio e avaliando o efeito da temperatura sobre estes sistemas também por meio de comparação com dados da literatura. Neste estudo foram discutidos: as variações de energia de Gibbs, de entalpia e de entropia de micelização; a variação de energia de Gibbs de solvatação e o efeito dos volumes de hidratação dos ions sobre o comportamento de separação de fases. As curvas binodais foram obtidas por titulação turbidimétrica e as composições das linhas de amarração foram calculadas seguindo a metodologia de Merchuk. Foi observado que o sulfato de sódio apresentou maior efeito de separação de fases, seguido pelo citrato de sódio e tartarato de sódio. Maiores valores de pH resultam em menores regiões bifásicas, efeito também observado em função do aumento da temperatura. Os coeficientes de partição mostraram que há maior distribuição de polímero e sal entre as fases à medida que o eletrólito é adicionado, enquanto que o coeficiente de partição da glicose não sofreu alterações significativas. A variação da energia livre de Gibbs de micelização indica que a separação de fases nos sistemas é espontânea e que a 293,15K os resultados estão relacionados com a energia de Gibbs de hidratação dos íons. Por outro lado, os resultados a 278,15K e 298,15K indicam a predominância do menor volume parcial molar do sulfato de sódio sobre o processo de separação de fases. A análise da variação de entropia de micelização indicou ainda que tratam-se de sistemas exotérmicos e que houve alteração na conformação do polímero em solução em maiores concentrações de sal. A variação da entropia de micelização mostrou que os sistemas são mais desordenados em menores concentrações de sal e que a ordem adicionada ao sistema em razão da formação de micelas poliméricas é superior à desordem acrescentada pela adição de sal. Neste contexto, o presente estudo adicionou novas interpretações sobre o fenômeno de separação de fases para os sistemas estudados por meio de uma abordagem baseada exclusivamente em parâmetros termodinâmicos.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo do comportamento do equilíbrio líquido-líquido nas etapas de decantação e lavagem de biodieseis etílicos por meio da modelagem termodinâmica NRTL
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-11-08) Remédio, Bruno Ricardo; Basso, Rodrigo Corrêa; Perna, Rafael Firmani; Ming, Chiu Chih
O presente trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento do ELL para componentes majoritários presentes em sistemas representativos das etapas de decantação e lavagem dos biodieseis etílicos de óleos de crambe, nabo forrageiro, macaúba e palma. Neste sentido foram ajustados parâmetros do modelo termodinâmico NRTL a partir do algoritmo em Fortran “TML-LLE2 for mass fractions” para sistemas constituídos por glicerol + etanol + biodiesel e por água + etanol + biodiesel, todos a 298,15 K; traçados os diagramas ternários dos respectivos sistemas; realizadas análises de sensibilidade a partir dos parâmetros ajustados do modelo alterando-se a composições dos pontos de mistura em etanol e água respectivamente para os sistemas contendo glicerol e água. O modelo NRTL representou satisfatoriamente o comportamento dos sistemas em ELL com desvios médios globais inferiores a 0,7% e 1,3% para os sistemas contendo glicerol e água. Nos sistemas contendo glicerol foi observada maior afinidade do etanol pelo glicerol do que pelos biodieseis enquanto foi observada uma maior região de separação de fases para os sistemas contendo água. O aumento da fração mássica de etanol no ponto de mistura provocou uma elevação maior do teor de glicerol na fase rica em biodiesel ao mesmo tempo em que causou um aumento do teor de biodiesel na fase rica em glicerol para todos os sistemas; o aumento de etanol na fase rica em biodiesel foi superior ao dos demais componentes em qualquer fase. O aumento do teor de água no ponto de mistura levou a diminuição das frações mássicas de etanol na fase rica em biodiesel, a diminuição do teor de biodiesel na fase rica em água e uma diminuição gradual do teor de água na fase rica em biodiesel. A partir do que foi estudado, pode se afirmar que a remoção parcial de etanol na etapa de decantação reduziu as perdas de biodiesel para a fase rica em glicerol, a contaminação da fase rica em biodiesel com glicerol e água, levando a diminuição dos efluentes gerados no processo de lavagem.
Acesso aberto (Open Access)
Influência de sais de sódio no equilíbrio de fases de sistemas aquosos bifásicos contendo Triton X-114, na presença ou não de glicose, visando a extração da enzima frutosiltransferase
(Universidade Federal de Alfenas, 2019-03-06) Jimenez, Otto Alberto Quispe; Basso, Rodrigo Corrêa; Costa, Mariana Conceição Da; Batista, Eduardo Augusto Caldas; Kieckbusch, Theo Guenter
Os frutooligossacarídios são edulcorantes prebioticos produzidos por meio da transfrutosilação da sacarose com o uso da enzima frutosiltransferase. Uma alternativa com menor número de etapas, menor custo e escalonamento mais simples em relação com métodos convencionais para a extração e purificação desta enzima é a extração líquido-líquido utilizando sistemas aquosos bifásicos. A primeira etapa na tentativa de viabilização industrial deste processo consiste no conhecimento do comportamento do equilíbrio líquido-líquido dos sistemas envolvidos. Deste modo o foco do presente trabalho está no estudo do equilíbrio líquido-líquido de sistemas constituídos pelo surfactante Triton X-114 + água + sais (sulfato de sódio, citrato de sódio ou tartarato de sódio) nas temperaturas de 10 °C, 20 °C e 30 °C, e pHs de 5; 7,5 e 10. Adicionalmente, foi estudado o efeito da glicose, um componente presente no meio do qual a enzima é extraída, no equilíbrio líquido-líquido destes sistemas. Neste estudo, a composição das curvas binodais foi obtida por titulação turbidimétrica; a composição das linhas de amarração foi calculada usando a metodologia de Merchuk; e a concentração de glicose nas fases foi obtida por reação desta com reagente de DNS, e leitura em espectrofotometro UV/VIS a 540 nm. Foi observado que: o efeito salting out dos anions dos eletrólitos sobre o Triton X-114 e sobre a glicose foi maior para os ânions , apresentando comportamento similar para os íons e , e para baixas concentrações do carboidrato este se particionou preferencialmente na fase rica em polímero. Apenas o pH 5 teve efeito sobre a curva binodal do sistema contendo citrato de sódio. A metodologia de Merchuk para cálculos das composições das linhas de amarração se correlacionou adequadamente com dados experimentais da literatura. A diminuição da temperatura do sistema levou ao aumento da inclinação das linhas de amarração e diminuição da região bifásica para os sistemas constituídos por Triton X-114 + água + sais.
Acesso aberto (Open Access)
Programação em VBA para a modelagem do equilíbrio sólido líquido de misturas multicomponentes a partir dos modelos Wilson, NRTL, UNIQUAC e UNIFAC
(Universidade Federal de Alfenas, 2019-08-19) Lemos, Vanessa Vilela; Basso, Rodrigo Corrêa; Gonçalves, Cintia Bernardo; Rodrigues, Christianne Elisabete Da Costa; Villalba Morales, Sérgio Andres
O destilado de desodorização de óleos é uma mistura de componentes de interesse em diversos setores industriais. Dentre as operações estudadas para a extração e purificação destes compostos tem-se a metanólise e/ou glicerólise, destilação molecular, extração por fluido supercrítico, adsorção, aplicadas individualmente ou em conjunto. Alternativa mais simples a uma ou mais destas etapas é a dissolução fracionada. Esta requer o conhecimento da solubilidade dos componentes em diferentes solventes e temperaturas. O uso de modelos termodinâmicos soma-se a essa técnica como forma de descrever este comportamento a partir de uma quantidade restrita de dados experimentais. Diante deste contexto, o presente trabalho objetivou desenvolver dois programas computacionais em linguagem VBA, um para o ajuste de parâmetros dos modelos de Wilson, NRTL, UNIQUAC, e outro para o ajuste dos valores de interação de grupos do modelo UNIFAC, visando a descrição do equilíbrio sólido-líquido de misturas multicomponentes nas quais a fase sólida foi considerada ideal. Foram utilizados os algoritmos GRG não linear e Evolutionary da ferramenta Solver (Microsoft Excel®) na minimização da função objetivo. Os programas possibilitam a obtenção dos coeficientes de atividade, temperaturas de solubilização e desvios entre os valores experimentais e calculados, para sistemas multicomponentes. Os desvios relativos médios encontrados foram satisfatórios, sendo os maiores valores 3,12%, 10,87% e 3,42%, para os sistemas binários, ternários e quaternários, respectivamente. A partir do exposto, concluiu-se que os dois programas são eficazes para a realização dos objetivos para os quais foram desenvolvidos.
Acesso aberto (Open Access)
Separação da enzima frutosiltransferase produzida por Aspergillus oryzae IPT-301 em uma coluna de bolhas e espuma
(Universidade Federal de Alfenas, 2018-05-14) Oliveira, Marcela Fernandes De; Basso, Rodrigo Corrêa; Andrade, Grazielle Santos Silva; Sampaio, Klicia Araújo
Fruto-oligossacarídeos (FOS) são açúcares com importantes propriedades funcionais. Eles são catalisados por reações de hidrólise da inulina ou por meio da reação de transfrutosilação a partir da sacarose. A enzima responsável pela formação de FOS a partir da sacarose é a frutosiltransferase. Industrialmente esta enzima é obtida a partir de micro-organismos, dentre eles alguns tipos de fungos como os do gênero Aureobasidium, Penicillium e Aspergillus. A produção de FOS utilizando-se da enzima, ao invés do processo fermentativo realizado pelo micro-organismo, permite que sejam utilizadas as condições ótimas de catálise deste biocatalisador. Diante da crescente demanda por FOS, o desenvolvimento de tecnologia nacional voltada à separação e recuperação da enzima frutosiltransferase é de grande importância. Deste modo, esse trabalho tem por objetivo a recuperação da enzima frutosiltransferase produzida pelo fungo Aspergillus oryzae IPT-301. Para isso, o processo de separação foi realizado em uma coluna de bolhas e espuma, para a qual foram estudados pH, diluição do meio e concentração do surfactante Tween 80® adicionado. A capacidade de formação de espuma para a realização do processo foi obtida pela adição de concentrações entre 0,5 e 2% (m/v) de Tween 80®. Os resultados de atividade enzimática indicaram que a concentração de 1% (m/v) de Tween 80® adicionado após a fermentação provocaram aumento na atividade de transfrutosilação (At) e redução da atividade hidrolítica (Ah), atingindo valores de 22,47 e 1,60 U.mL-1. Os ensaios na coluna de bolhas e espuma indicaram que utilização de 0,5% e 1,5% (m/v) de surfactante ao caldo fermentado com diluição 1:2 e sem diluição, respectivamente, em pH 5,5 atingiram melhores resultados. O método Dumas, para determinação de proteínas, mostrou-se inadequado para a determinação da concentração de enzimas nos sistemas estudados, muito provavelmente devido a concentração destas ser inferior ao limite de quantificação do equipamento.

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