Assembly, instrumentation, control and experimental development of a extrativo fermentation process of production of etanol.

Resumo: O avanço tecnológico da indústria alcooleira no Brasil nas décadas de 70 e 80, foi fruto do programa ?Proálcool?, lançado pelo governo brasileiro com o objetivo de substituir a gasolina derivada do petróleo, consumida pelos veículos automotores, pelo etanol. O Brasil se tornou então o maior produtor mundial de etanol por via fermentativa. Apesar disto, os estudos encontrados na bibliografia têm como base um processo isotérmico. Em condições reais de operação encontradas nas usinas, isso nem sempre é observado, entretanto, o estudo do efeito da temperatura nos parâmetros cinéticos que quantificam a reprodução e morte celular, o consumo de substrato e a produção de etanol são informações importantes para a elaboração de estratégias de controles mais eficientes nas usinas. Diante destes fatos o objetivo deste trabalho foi a obtenção de um modelo cinético estudando o efeito da temperatura em fermentação alcoólica com alta densidade celular, com a convalidação dos parâmetros cinéticos e de conversão considerando o efeito inibitório exercido pela concentração de biomassa, substrato e de etanol no processo fermentativo. Os experimentos foram conduzidos em fermentação batelada e batelada alimentada estendida com 6DFFKDURP HV_ FHUHYLVLDH, nas temperaturas de 28oC a 40oC. O acompanhamento analítico se deu através de análises de sacarose, glicose, frutose e etanol por HPLC, de massa seca por gravimetria e de células viáveis por microscopia. Como resultado obteve-se um modelo matemático que descreveu satisfatoriamente o processo fermentativo nestas faixas de temperatura e de densidade celular. Foi possível realizar diversas simulações do processo para analisar o comportamento do processo em diversas condições. A otimização e simulação do processo mostraram que alto rendimento, conversão e produtividade são conseguidos quando se trabalha com temperaturas de 28oC a 34oC e entre as taxas de diluições de 0.08 a 0.13 h-1 com rendimento, conversão e produtividade superiores a 90% 0.93 e 8.5 g/L/h, respectivamente.Abstract: The technological progress of the alcohol industry in Brazil in the decades of 70 and 80 was the result of the "Próalcool" program, developed by the Brazilian government to substitute gasoline, derived from petroleum, by ethanol. Brazil has then become the largest ethanol world producer by fermentation. Because there is a great difficulty in maintaining a constant temperature during industrial alcoholic fermentation, the majority of the kinetic studies found in the literature, which are based on an isothermical process, can lead to errors when used to describe the dynamic behavior of an industrial plant. This is why the study of the effect of the temperature in the kinetic parameters that describe cell growth and death, substrate consumption and ethanol production is important to the development of efficient control strategies in the alcohol industries. The objective of this work is to obtain a kinetic model considering the effect of the temperature in the alcoholic fermentation with high cellular density, besides authenticating kinetic and conversion parameters considering the inhibitory effect of biomass, substrate and ethanol in the fermentation process. Experiments were performed in batch and extended fed-batch mode using 6DFFKDURPHV_ FHUHYLVLDH in a temperature range from 28 to 40ºC. Sucrose, glucose, fructose and ethanol concentrations were measured by HPLC, dry cell weight was measured by gravimetry and viability was measured by microscopy. The obtained kinetic model described the fermentation process well in the temperature and cellular density range considered. Simulations were performed to analyze the dynamic behavior of the process in many different conditions. Process simulation and optimization have shown that high yield, conversion and productivity were attained in temperatures from 28 to 34ºC with dilution rates from 0.08 to 0.13h-1. Yield, conversion and productivity higher than 90%, 0.93 and 8.5 g/L/h, respectively, were attained