Biorrefinaria de ácido láctico a partir da cana-de-açúcar : simulação e análise de projeto conceitual para a produção de 1,2-propanodiol via rota híbrida

Autor: Marchesan, Andressa Neves, 1992
Přispěvatelé: Maciel, Maria Regina Wolf, 1955, Silva, Meuris Gurgel Carlos da, Junqueira, Tassia Lopes, Jaimes Figueroa, Jaiver Efren, Lunelli, Betânia Hoss, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A conversão de moléculas reativas e versáteis obtidas por fermentação, como o ácido láctico (LA), em outros produtos de valor agregado através da catálise química é uma abordagem promissora no desenvolvimento de biorrefinarias. 1,2-Propanodiol (1,2-PDO) é um interessante produto químico para ser obtido via rota híbrida a partir do LA, pois possui baixos rendimentos de fermentação e elevados rendimentos a partir da hidrogenação de LA. A produção de LA, no entanto, é bastante afetada pelo pH da fermentação e tem um elevado custo de separação e purificação. Além disso, a necessidade de agentes neutralizantes e os sais produzidos durante a fermentação impactam significativamente o desempenho ambiental e econômico desse processo. Neste contexto, utilizar outros agentes neutralizantes e realizar a fermentação a menores pHs podem melhorar a lucratividade desse processo. Este trabalho investiga o impacto dos parâmetros da fermentação e avalia o desempenho econômico de novos processos de separação alternativos para produzir LA e a sua conversão em 1,2-PDO por hidrogenação catalítica. Os resultados mostram que a fermentação a baixos pHs (pH = 3,86) é lucrativo (Taxa Interna de Retorno, TIR>10%) a um rendimento de fermentação de 0,97 g/g sacarose. Uma nova configuração de processo que tem sulfato de amônio como subproduto apresenta potencial para uma TIR 3 pp maior e uma demanda de combustível 30% menor em comparação com o processo convencional. Os resultados também mostram que a viabilidade econômica de se produzir 1,2-PDO a partir de LA é altamente dependente da capacidade produtiva, que deve ser maior que 40,000 t/ano e possui demanda de energia similar ao processo a partir de glicerol. A uma capacidade de produção de 80.000 t 1,2-PDO/ano e o preço mínimo de venda do LA em um processo autônomo de US$ 646,96/t, o preço mínimo de venda do 1,2-PDO é de US$ 1.546,61/t, 39% maior que seu preço de mercado atual. Assim, processos de separação alternativos poderiam impulsionar a fermentação a baixos pHs e viabilizar o uso de LA como intermediário em biorrefinarias Abstract: The transformation of reactive and versatile molecules obtained by fermentation, such as lactic acid (LA), into other products of added value by chemical catalysis is a promising approach to develop biorefineries. 1,2-Propanediol (1,2-PDO) is an attractive commodity chemical to be produced by hybrid routes from LA, because of its low fermentation yields and the high lactic acid hydrogenation yields. LA production, however, is highly affected by the fermentation pH and has a high downstream processing cost. Also, the need for neutralizing agents and the salts produced during fermentation have a significant impact on the overall environmental and economic performance. In this context, changing the neutralizing agent and allowing lower-pH fermentation can improve the process profitability. This work investigates the impact of fermentation parameters and evaluates the process economics of novel alternative downstream processing designs to produce LA and its conversion into 1,2-PDO by catalytic hydrogenation. The results show that low-pH fermentation (pH = 3.86) was profitable (Internal Rate of Return, IRR>10%) at a fermentation yield of 0.97 g/g sucrose. A novel process configuration with ammonium sulfate subproduct shows potential for 3 p.p. higher IRR and up to 30% lower fuel demand in comparison with the conventional process. The results also show that the economic feasibility of producing 1,2-PDO from LA is highly dependent of its production capacity, which should be higher than 40.000 t/y and has energy requirements like those for the glycerol-based process. At the production capacity of 80.000 t 1,2-PDO/y and the LA minimum selling price (MSP) of $646.96/t for a standalone LA facility, the 1,2-PDO MSP is $1,546.61/t, 39% higher than its current market price. Therefore, alternative downstream processes could drive low-pH fermentation and enable LA use as a building block in biorefineries Doutorado Engenharia Química Doutora em Engenharia Química CNPQ 141584/2017-3 FAPESP 2015/20630-4
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: