ABSTRACT
A pulsed-cap microcolumn was used for bromelain extraction from pineapple juice by reversed micelles. The cationic micellar solution used BDBAC as the surfactant, isooctane as the solvent and hexanol as the co-solvent. In order to capture the dynamic behavior and the nonlinearities of the column, the operating conditions were modified in accordance with the central composite design for the experiment, using the ratio between the light phase flow rate and the total flow rate, and the time interval between pulses. The effects on the purification factor and on total protein yield were modeled via neural networks. The best topology was defined as 16-9-2, and the input layer was a moving window of the independent variables. The neural model successfully predicted both the purification factor and the total protein yield from historical data. At the optimal operating point, a purification factor of 4.96 and a productivity of 1.29 mL/min were obtained.
Uma micro-coluna com campânulas pulsantes foi utilizada para a extração de bromelina a partir de suco de abacaxi, usando micelas reversas. A solução catiônica micelar foi composta do surfactante BDBAC, do solvente iso-octano e do co-solvente hexanol. Seguindo um planejamento experimental, perturbações foram impostas à coluna de extração com o objetivo de capturar seu comportamento dinâmico e suas não-linearidades, usando a razão entre a vazão da fase leve e vazão total, e o intervalo de tempo entre os pulsos. Os efeitos das variáveis independentes sobre o fator de purificação e sobre o rendimento em proteínas totais foram modelados via redes neurais artificiais. A melhor topologia de rede obtida foi definida como 16-9-2, usando um esquema de janela móvel no tempo das variáveis independentes. O modelo neural obtido do histórico do processo se mostrou adequado para predizer simultaneamente o fator de purificação e o rendimento do processo em proteínas totais. No ponto ótimo de operação, foi encontrado um fator de purificação de 4.96, com produtividade de 1.29 mL/min.
ABSTRACT
The main aim of this study was to optimize the conditions for bromelain extraction by reversed micelles from pineapple juice (Ananas comosus). The purification was carried out in batch extraction and a micro-column with pulsed caps for continuous extraction. The cationic micellar solution was made of BDBAC as a surfactant, isooctane as a solvent and hexanol as a co-solvent. For the batch process, a purification factor of 3 times at the best values of surfactant agent, co-solvent and salt concentrations, pH of the back and forward extractions were, 100 mM, 10 percent v/v, 1 M, 3.5 and 8, respectively. For the continuous operation, independent variables optimal point was determined: ratio between light phase flow rate and total flow rate equal to 0.67 and 1 second for the time interval between the pulses. This optimal point led to a productivity of 1.29 mL/min and a purification factor of 4.96.
Este trabalho teve como objetivo principal otimizar as condições para extração da bromelina do suco do abacaxi (Ananas comosus) por micelas reversas. A purificação foi feita usando o processo de extração em batelada e contínuo, este último em uma micro-coluna de campânulas pulsantes. A solução micelar catiônica foi preparada com o surfactante BDBAC, i-octano como solvente e hexanol como co-solvente. Na extração em batelada encontrou-se um fator de purificação de 3 vezes, e seus melhores valores de concentração do agente surfactante, co-solvente e sal, de pH da re-extração e extração, foram respectivamente iguais a: 100 mM, 10 por cento v/v, 1 M, 3,5 e 8. Para a operação contínua, as variáveis independentes ótimas foram: 0,67 para a razão entre as taxas de fluxos da fase leve e a total e 1 s para o intervalo de tempo entre pulsos das campânulas. Este ponto ótimo leva a uma produtividade de 1,29 mL/min e a um fator de purificação igual a 4,96.
ABSTRACT
Gaseous ethanol may be recovered from the effluent gas mixture of the sugar cane fermentation process using a staged absorption column. In the present work, the development of a nonlinear controller, based on a neural network inverse model (ANN controller), was proposed and tested to manipulate the absorbent flow rate in order to control the residual ethanol concentration in the effluent gas phase. Simulation studies were carried out, in which a noise was applied to the ethanol concentration signals from the rigorous model. The ANN controller outperformed the dynamic matrix control (DMC) when step disturbances were imposed to the gas mixture composition. A security device, based on a conventional feedback algorithm, and a digital filter were added to the proposed strategy to improve the system robustness when unforeseen operating and environmental conditions occured. The results demonstrated that ANN controller was a robust and reliable tool to control the absorption column.
Deseja-se recuperar o etanol perdido por evaporação durante o processo de fermentação da cana-de-açúcar. Para tanto, faz-se uso de uma coluna de absorção. O controle da concentração de etanol no efluente gasoso da coluna é realizado pela manipulação da vazão de solvente, sendo esta determinada pelo controlador não linear proposto, baseado em um modelo inverso de redes neurais (controlador ANN). Foram feitas simulações adicionando-se um sinal de ruído a medida de concentração de etanol na fase gasosa. Quando perturbações degrau foram inseridas na mistura gasosa afluente, o controlador ANN demonstrou desempenho superior ao controle por matriz dinâmica (DMC). Um dispositivo de segurança, baseado em um controlador feedback convencional, e um filtro digital foram implementados à estratégia de controle proposta para agregar robustez no tratamento de distúrbios ocorridos no ambiente operacional. Os resultados demonstraram que o controlador ANN é uma ferramenta robusta e confiável no controle de uma coluna de absorção.