Structural properties of beds packed with agro-industrial solid by-products applicable for solid-state fermentation: Experimental data and effects on process performance

Casciatori, Fernanda Perpétua; Laurentino, Carmem Lúcia; Taboga, Sebastião Roberto; Casciatori, Priscila Aparecida; Thoméo, João Cláudio

doi:10.1016/j.cej.2014.06.040

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“…Na Tabela 2 estão apresentados os valores para αT das partículas orgânicas e do ar, que justificam os perfis espaciais de temperatura obtidos nas simulações apresentadas na Figura 1. As propriedades das partículas foram extraídas de Casciatori et al (2013), Casciatori et al (2014) e Casciatori et al (2016.…”

Section: Resultsunclassified

Modelagem E Simulação De Transferência De Calor Em Tambor Horizontal Parcialmente Preenchido Com Partículas Orgânicas

Bertucci¹,

Tada²,

Thoméo³

2017

Blucher Chemical Engineering Proceedings

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RESUMO -Um modelo unidimensional a uma fase foi utilizado para simular a transferência de calor em um tambor horizontal parcialmente preenchido por partículas orgânicas. Experimentos de transferência de calor foram realizados neste tambor horizontal empregando-se partículas de bagaço de cana com duas granulometrias distintas e farelo de trigo em grau de enchimento 0,4 para todos os casos. As simulações indicaram que, para um mesmo intervalo de tempo, o leito de bagaço de cana com maior granulometria apresentou maiores taxas de transferências de calor, seguido do outro leito de bagaço de cana com diferente granulometria, e do de farelo de trigo, justificado pelos valores de difusividade térmica. Boa concordância entre os dados experimentais e simulados foi verificada para todos os leitos empregados, evidenciando a adequação do modelo. INTRODUÇÃOA modelagem e a simulação de processos apresentam-se como uma ferramenta interessante em estudos de ampliação de escala. Além de demandar menor trabalho experimental e menores investimentos e tempo para aquisição de respostas, os dados obtidos por simulações podem ser considerados confiáveis se o modelo engloba os mecanismos de interesse envolvidos (Chen, 2013). Entretanto, obter um modelo confiável para representação de fenômenos em leitos orgânicos torna-se dificíl pela natureza das partículas e pela tendência desconhecida de transferências a nível microscópico.Especialmente em processos envolvendo leitos orgânicos, a dificuldade mencionada pode ser contornada pela aplicação de modelos a uma fase, também conhecidos como modelos pseudo-homogêneos. Este tipo de modelo considera a existência de um leito poroso, porém o interpreta como um sólido que detém informações das fases do leito que o constitui através de parâmetros globais; portanto, apenas um equacionamento é suficiente e os parâmetros individuais das fases estão contidos nos parâmetros do leito. Por fornecer uma visão mais simplificada, este tipo de modelo não possibilita a visualização de fenômenos em nível de partículas, como é possível através do emprego de modelos de duas fases. Estes consideram a existência individual das fases do meio poroso e a interação entre elas; portanto, são mais complexos e requerem de um maior número de parâmetros Freire, 2009). A depender do nível de dificuldade de um processo envolvendo partículas orgânicas, a confirmação da

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Section: Resultsunclassified

Modelagem E Simulação De Transferência De Calor Em Tambor Horizontal Parcialmente Preenchido Com Partículas Orgânicas

Bertucci¹,

Tada²,

Thoméo³

2017

Blucher Chemical Engineering Proceedings

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“…Casciatori et al (2014) avaliaram o efeito de diferentes porosidades do leito sobre a produção de celulases (atividade papel de filtro) por Trichoderma reesei QM 9414 cultivado em misturas de bagaço de cana e farelo de trigo nas proporções 1:1, 7:3 e 9:1 (m/m) com 70, 75 e 80 % de umidade (em base úmida). A menor atividade foi obtida para a composição bagaço e farelo 1:1 (m/m) com 80 % de umidade, enquanto a maior atividade ocorreu com composição de bagaço e farelo 9:1 (m/m) com umidade 70 %.…”

Section: Resultsunclassified

“…Os valores experimentais de S e ε0 do meio composto por bagaço de cana e farelo de trigo na proporção mássica 7:3 (m/m) são iguais a, respectivamente, 98 kg/m³ e 0,75 (CASCIATORI et al, 2014).…”

Section: Metodologiaunclassified

“…Coeficientes de interface ha e βa foram obtidos por correlações de Nusselt e Sherwood. Isotermas de sorção e densidade e porosidade da matriz sólida foram obtidas para o real sistema de FES tomado como estudo de caso para simulação (CASCIATORI et al 2014;2015). Casciatori (2015) empregara o modelo para prever a distribuição de temperatura, umidade e biomassa fúngica em biorreator de leito empacotado encamisado com 7,62 cm de diâmetro interno e comprimento 1 m, a 45 ºC e com percolação de ar a 240 L/h com 85 % de umidade relativa.…”

Section: Introductionunclassified

“…Ao passo que S aumenta e ε0 diminui, a quantidade de substrato por unidade de volume do biorreator aumenta, aumentando a área superficial disponível para crescimento fúngico, o que consequentemente afeta a transferência de calor e de água entre as fases sólida e gasosa. Valores de S e ε0 dependerão principalmente do tipo de substrato, como forma e tamanho das partículas, de seu conteúdo de umidade e da técnica de empacotamento (CASCIATORI et al, 2014).…”

Section: Introductionunclassified

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Efeito De Parâmetros Estruturais Do Substrato Sobre Predições De Temperatura E Umidade Em Biorreatores De Fermentação Sólida

Casciatori¹,

Bück²,

Tsotsas³

et al. 2015

Anais Do XXXVII Congresso Brasileiro De Sistemas Particulados

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A fermentação em estado sólido (FES) é um processo biotecnológico que consiste no cultivo de microrganismos em matriz sólida porosa úmida. Quando do cultivo em biorreatores de leito empacotado, o sobreaquecimento do leito (devido à geração de calor metabólico) e a secagem do substrato sólido (devido à percolação de ar) são problemas comuns, que limitam a aplicação industrial da FES. Devido às dificuldades de medidas experimentais, modelos matemáticos são utilizados para predizer perfis térmicos e de umidade ao longo do processo. Nestes modelos, as propriedades estruturais da matriz sólida são importantes parâmetros nos balanços de energia e de umidade nos biorreatores de leito empacotado. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito de parâmetros estruturais do substrato sobre as predições, por meio de um modelo heterogêneo bidimensional recentemente proposto, de temperaturas e umidades ao longo de um processo de FES empregando-se o fungo Myceliophthora thermophila I-1D3b, que é bom produtor de enzimas celulolíticas, as quais são essenciais à cadeia de produção do etanol de segunda geração a partir de biomassa lignocelulósica. O aumento de temperatura foi predito mais intenso em leitos com baixa porosidade, ao passo que a secagem do substrato foi predita mais intensa em leitos com alta porosidade. Portanto, a porosidade exerce efeitos opostos sobre o aquecimento e a secagem do leito, denotando que a operação de biorreatores de FES em leitos empacotados e a escolha do substrato ideal não são tarefas triviais. INTRODUÇÃODesde que o desenvolvimento de uma matriz energética renovável passou a ser visto como estratégico para o Brasil, as enzimas celulolíticas ganharam atenção dos cientistas, tendo em vista aplicação dessas enzimas na hidrólise de materiais lignocelulósicos. É conveniente que a hidrólise seja feita por via enzimática, com vantagens de baixo gasto energético, alta especificidade pelo substrato e não geração de compostos indesejáveis. Todavia, a hidrólise enzimática tem como barreira o custo das enzimas. Uma alternativa interessante para a produção de celulases é a fermentação em estado sólido (FES), processo que permite obter tais enzimas a partir de rejeitos sólidos agroindustriais, o que pode ser econômica e ambientalmente interessante. Como os biorreatores de leito empacotado são de baixo custo e fáceis construção e operação, estes podem ser interessantes para a produção de enzimas por FES. No entanto, esses biorreatores estão sujeitos a aquecimento, devido à geração de calor metabólico, e secagem, devido à percolação de ar.Os inconvenientes em realizar medidas experimentais em sistemas de FES dificultam

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Addition of spherical‐style packing improves the production of conidia by Metarhizium robertsii in packed column bioreactors

Méndez-González

Figueroa-Montero

Saucedo‐Castañeda

et al. 2021

J of Chemical Tech & Biotech

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BACKGROUND Conidia from Metarhizium are part of the commercial formulations used worldwide for insect pest control. Among the alternatives proposed to improve conidia production, the use of packed column bioreactors allows controlled processes with higher levels of production and productivity than those obtained with the traditional process in plastic bags. However, problems associated with overheating, low CO2 removal, and inadequate oxygen supply in packed columns limit the scale‐up and operation at an industrial scale. RESULTS Packed densities, up to 1.5 times higher than those obtained in lab‐scale column bioreactors, negatively affected growth and conidia production by Metarhizium robertsii (ENCB‐MG‐81). Therefore, a spherical‐style packing was added to decrease packed density and improve the culture conditions in packed column bioreactors. The addition of spherical‐style packing reduced the axial temperature gradient (up to 50%), increased the maximum CO2 production rate and the total CO2 production (up to 2.5 times), and enhanced the volumetric conidia productivity in packed column bioreactors from 5.28 ± 1.36 to 6.77 ± 0.89 × 108 conidia cm−3. CONCLUSION The use of spherical‐style packing within the culture bed in column bioreactors improves the production of conidia by Metarhizium robertsii, as well as the gas exchange and heat removal from the bed. © 2021 Society of Chemical Industry (SCI).

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Structural properties of beds packed with agro-industrial solid by-products applicable for solid-state fermentation: Experimental data and effects on process performance

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Modelagem E Simulação De Transferência De Calor Em Tambor Horizontal Parcialmente Preenchido Com Partículas Orgânicas

Modelagem E Simulação De Transferência De Calor Em Tambor Horizontal Parcialmente Preenchido Com Partículas Orgânicas

Efeito De Parâmetros Estruturais Do Substrato Sobre Predições De Temperatura E Umidade Em Biorreatores De Fermentação Sólida

Addition of spherical‐style packing improves the production of conidia by Metarhizium robertsii in packed column bioreactors

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