destilaçao simplesss rreferencia

8/22/2019 destilaao simplesss rreferencia

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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA

CURSO DE TECNOLOGIA EM BIOCOMBUSTVEIS

WALTER NOBORU SEJIMO

Araatuba

2011

OBTENO DO LCOOL ANIDRO


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Trabalho de Graduao apresentado Faculdade de Tecnologia de Araatuba, doCentro Estadual de Educao Tecnolgica

Paula Souza, como requisito parcial paraconcluso do curso de Tecnologia emBiocombustveis sob a orientao do Prof.Fernando Pereira Calderaro

Araatuba

2011


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Trabalho de Graduao apresentado Faculdade de Tecnologia de Araatuba, doCentro Estadual de Educao TecnolgicaPaula Souza, como requisito parcial paraconcluso do curso de Tecnologia emBiocombustveis examinado pela bancaexaminadora composta pelos professores

_____________________________________

Prof. Fernando Pereira Calderaro

OrientadorFatec-Araatuba

_____________________________________

Prof.

_____________________________________

Prof.

Araatuba

2011


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RESUMO

O etanol por ser um combustvel correto quanto a questes ambientais, obtido da cana-de-

acar, um combustvel muito difundido e cada vez mais utilizado no planeta. Um dos

processos mais utilizados para separao do lcool e da gua a destilao. Aps a obteno

do etanol hidratado, ainda pode-se desidratar o mesmo e obter o etanol anidro, que

amplamente utilizado na indstria qumica como matria prima para a fabricao dos steres e

dos teres, de solventes, tintas e vernizes, de cosmticos, de pulverizadores, dentre outros.

Com o aumento do uso deve-se aperfeioar e estudar novos tipos de desidratao do mesmo.

Alm disso, utilizado como aditivo oxigenante gasolina, proporcionalmente o aumento daoctanagem. Com o levantamento bibliogrfico e o estudo terico, este trabalho identifica os

tipos de tecnologias usadas para desidratao e produo do etanol anidro.

Palavras-chave: Combustvel. Cana-de-acar. Processos de Separao. Etanol Anidro.


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ABSTRACT

Ethanol for fuel is a right relating to environmental issues, obtained from sugarcane, fuel is a

widespread and increasingly used on the planet. One of the most used for separation of

alcohol and water is distillation. After obtaining the hydrated ethanol, you can still dehydrate

yourself and get anhydrous ethanol, which is widely used in chemical industry as raw material

for the manufacture of estersandethers, solvents, paints and varnishes, cosmetics, sprayers,

among others. With the increased usagedue to improvements and study new types of

dehydration of the same. Furthermore, it is used as oxygenate additive to gasoline, increasing

the proportion octane. To the literature and theoretical study, this paper identifies the types oftechnologies used for dewatering and production of anhydrous ethanol.

Keywords: Fuel. Cane sugar. Separation Processes. Anhydrous ethanol.


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SUMRIO

INTRODUO .......................................................................................................................... 8

1. REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................................ 9

1.1. Histrico do etanol ....................................................................................................... 9

1.2. Prolcool .................................................................................................................... 10

1.3. Tecnologias de fabricao.......................................................................................... 11

1.3.1. Dornas ................................................................................................................. 11

1.3.2. Trocador de calor ................................................................................................ 13

1.3.3. Centrifugao...................................................................................................... 13

1.3.4. Aparelhos de destilao ...................................................................................... 141.3.5. Condensadores .................................................................................................... 15

1.4. Matrias primas utilizadas para produzir etanol ........................................................ 16

1.4.1. Etanol de mandioca ............................................................................................ 16

1.4.2. Etanol de milho ................................................................................................... 17

1.4.3. Etanol de batata doce .......................................................................................... 17

1.4.4. Etanol de cana-de-acar .................................................................................... 18

2. PROCESSO DE FABRICAO ..................................................................................... 192.1. A cana-de-acar ....................................................................................................... 19

2.1.1. Aspectos gerais ................................................................................................... 19

2.2. Extrao do caldo ....................................................................................................... 21

2.3. Tratamento do caldo .................................................................................................. 22

2.4. Preparo do mosto ....................................................................................................... 23

2.5. Fermentao ............................................................................................................... 24

2.6. Leveduras ................................................................................................................... 252.6.1. Fisiologia das leveduras ..................................................................................... 25

2.7. Tipos de processo de fermentao ............................................................................. 26

2.7.1. Fermentao contnua ......................................................................................... 26

2.7.2. Fermentao descontnua ................................................................................... 28

2.7.3. Fermentao conbat ............................................................................................ 28

3. DESTILAO DO ETANOL .......................................................................................... 29

3.1. Conceitos fundamentais ............................................................................................. 29

3.2. Caractersticas ............................................................................................................ 30

3.3. Tipos de lcool ........................................................................................................... 30


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3.4. Destilao ................................................................................................................... 31

3.4.1. Destilao descontnua ou simples ..................................................................... 32

3.4.2. Destilao fracionada ......................................................................................... 32

3.5. Tronco de destilao A .............................................................................................. 33

3.6. Tronco de retificao B .............................................................................................. 34

4. ETANOL ANIDRO .......................................................................................................... 35

4.1. Importncia do etanol anidro ..................................................................................... 35

4.2. Desidratao do etanol ............................................................................................... 35

4.3. Mtodos de obteno do etanol anidro ...................................................................... 36

4.3.1. Destilao extrativa ............................................................................................ 36

4.3.2. Destilao azeotrpica ........................................................................................ 374.3.3. Desidratao por peneiras moleculares .............................................................. 38

4.3.4. Pervaporao ...................................................................................................... 40

CONCLUSO .......................................................................................................................... 42

REFERNCIAS ....................................................................................................................... 43


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INTRODUO

O etanol uma substncia orgnica obtida a partir da fermentao de acares,

hidratao do etileno ou reduo do acetaldedo. o mais comum dos lcoois. Para a

produo do mesmo, deve-se fazer a fermentao do caldo de cana atravs de leveduras

(fermento) para alcanar um grau alcolico desejado para posterior destilao e obteno do

etanol.

No Brasil, em 1975, foi lanado o Programa Nacional do lcool, Prolcool, com a

finalidade de fornecer um combustvel lquido alternativo gasolina. As vantagens do uso do

etanol eram bvias. O produto oferece vantagens diretas e indiretas para os consumidores. Aproduo de etanol tem gerado milhes de empregos em diferentes setores (lavouras, usinas,

destilarias, distribuidoras e postos de combustveis).

O objetivo deste trabalho realizar e analisar meios para se fazer uma desidratao do

etanol com um rendimento maior e obter o lcool anidro (lcool relativamente puro).

O lcool anidro usado como aditivo em combustveis, sendo composto de 99,5% de

lcool puro e 0,5% de gua. A gasolina recebe 25% do produto para substituir o chumbo,

elemento qumico txico e prejudicial sade e ao meio ambiente. Este tipo de lcool menos poluente e, se for adicionado na proporo correta, no afeta o desempenho dos

motores. O Brasil produz 40% de lcool anidro e 60% de hidratado.

Por meio de reviso bibliogrfica e levantamento de dados, o trabalho concretizado.

O captulo 1 traz a reviso bibliogrfica, avaliando o histrico do etanol, a criao e

importncia do Prolcool para o produto. Apresenta tambm as tecnologias utilizadas no

processo de produo do lcool e os tipos de matria prima usadas.

O captulo 2 descreve o processo de fabricao do etanol. Desde a entrada da matria

prima, seu processamento, tratamento e os tipos de processos de fermentao.

A destilao e obteno do etanol hidratado so analisados no captulo 3 e no captulo

4, abordam-se os meios de desidratao do etanol hidratado, e obteno do etanol anidro.


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1. REVISO BIBLIOGRFICA

1.1. Histrico do etanol

O desenvolvimento do automvel ocorreu com maior rapidez com grande

disponibilidade de petrleo. Com o desenvolvimento dos motores de combusto interna, o

lcool disputou com a gasolina a preferncia dos inventores, tendo sido realizados vrios

testes de competio de consumo entre esses combustveis. Em 1889, o etanol foi pela

primeira vez utilizado em uma disputa de automveis no percurso entre Paris e Cantilly. Noentanto, o lcool j havia sendo utilizado desde 1832, no preparo de gs de iluminao

(MENEZES, 1980).

Na Europa no final do sculo XX, vrias experiencias j utilizavam lcool exclusivo

ou em mistura com a gasolina. Na Alemanha, as primeiras experincias utilizando gasolina

em mistura com lcool a 95% lograram exito parcial em virtude da dificuldade de se obter

misturas homogneas com esses dois lquidos, pois, como se sabe, a gua presente no etanol,

mesmo que misturado gasolina em pequenas propores, causam uma formao de umazona de separao na massa lquida (MENEZES, 1980).

No Brasil, desde o incio do sculo XX vem se aplicando o lcool para fins

combustveis e industriais. Na Escola Politcnica de So Paulo foram conduzidas diversas

experincias sobre o uso do lcool em motores.

No incio dos anos 20, a disponibilidade do petrleo comeou a se tornar crtica,

principalmente da Europa. Vrios pases se foraram a reduzir as importaes de petrleo.

Comeou-se ento a utilizar o etanol como meio alternativo de combustvel. Os EUA

comearam a realizar experincias com mistura combustvel denominada alcogas, composta

de lcool etlico, benzol, toluol, gasolina e ter, sem alterao no motor e sem diferena de

consumo de combustvel (MENEZES, 1980).

Diversas experincias foram realizadas no Brasil, empregando diversas misturas

combustveis. No Rio de Janeiro dois automveis Bentz de 16 cavalos e 1880 quilos,

percorreram cerca de 48 km em 1922.

Comearam a aumentar por todo o pas, o nmero de usinas produtoras de acar e

lcool.


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Alm da superioridade das misturas no desenvolvimento da fora em relao

gasolina, o etanol possui vantagens como: incio rpido de funcionamento, gases do

escapamento menos irritantes, entre outros.

Durante a segunda Guerra Mundial, o lcool foi amplamente utilizado no mundo.

Todavia, em virtude de falta de adaptaes dos motores, a eficincia era baixa e o consumo

maior do que o desejado. Aps o II Conflito Mundial, o abastecimento de petrleo voltou ao

normal, abandonando-se assim o uso primrio do lcool como combustvel (MENEZES,

1980).

1.2. Prolcool

O Plano Nacional do lcool foi promulgado em novembro de 1975, estimando

instalaes de destilarias anexas e de destilarias autnomas, e tambm estimando a utilizao

do etanol como insumo bsico da indstria petroqumica. O Prolcool tinha como finalidade

tambm, expandir rapidamente a produo de lcool e viabilizar seu uso como matria prima

para a indstria qumica (MENEZES, 1980).A produo de lcool anidro em 1980 foi de 4,3 bilhes de litros, a partir de outras

matrias primas e da cana-de-acar. Essa produo possibilitou a mistura de 20% de etanol

gasolina onde foram utilizadas em motores de combusto interna, onde o consumo global era

de 20 milhes de litros naquela poca (MENEZES, 1980).

Na safra de 1978/1979, a produo de 3,8 bilhes de litros de lcool, proporcionou

uma economia de 70 mil barris dirios de petrleo (MENEZES, 1980).

A principal finalidade do Prolcool no nicio era economizar divisas, estimando que

nos onze anos seguintes, seriam responsveis por uma economia de 4,4 bilhes de dlares.

O Prolcool enfrentou srias oposies pela Petrobrs, indstria automotiva, Rede

Ferroviria Federal e autoridades financeiras. Todos questionavam a sua validade, pois o

custo do lcool era maior que o da gasolina e a dificuldade em se adaptar uma estrutura

industrial alicerada no petrleo ao uso intensivo do lcool.

Uma desvantagem encontrada naquela poca era o seu menor valor energtico em

iguais massas ou volumes comparado gasolina. Por outro lado, o etanol podia ser utilizado

em qualquer classe de motores de ignio, em virtude da sua alta resistncia detonao e o

elevado calor latente de vaporizao (MENEZES, 1980).


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Figura 1 Brasil: localizao geogrfica das destilarias enquadradas no

Prolcool em maro de 1979.

Fonte: MENEZES, 1980, p.21

1.3. Tecnologias de fabricao

Na produo de etanol so utilizados equipamentos fundamentais. Para uma anlise

criteriosa do projeto e da produo do etanol importante se ter o entendimento de seufuncionamento e o conhecimento das caractersticas de cada um. A seguir so apresentadas as

tecnologias utilizadas em uma usina de acar e lcool brasileira, utilizando como matria

prima a cana-de-acar (AGUIAR, 2006).

1.3.1. DornasNo Brasil, trabalha-se com dornas, abertas e fechadas, construdas de ao carbono,

cilndricas, com altura igual a uma vez e meia o dimetro em mdia e de fundo cnico (EBACONSULTORIA, 2008).


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O volume dos recipientes de fermentao varia, tecnicamente recomenda-se que seja

harmnico com a capacidade dos destiladores. Na prtica, considera-se conveniente que

tenham a capacidade de duas a duas vezes e meia a capacidade horria da destilaria (EBA

CONSULTORIA, 2008).

Dornas abertas (Figura 2) proporcionam a perda de 1 a 2% de etanol. Dornas fechadas

(Figura 3) devem apresentar sistema coletor, que encaminhar gs carbnico e etanol para a

torre de recuperao. Essa torre realiza a lavagem de CO2 em contra corrente com gua,

visando recuperar lcool (EBA CONSULTORIA, 2008).

As dornas devem ser pintadas de cor branca, a fim de evitar problemas na temperatura

e de fundo cnico para evitar depsitos de material sedimentado (EBA CONSULTORIA,

2008).Figura 2 Dornas Abertas.

Fonte: EBA CONSULTORIA, 2008

Figura 3 Dornas Fechadas. Fonte: EBA CONSULTORIA, 2008


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1.3.2. Trocador de calorEm virtude do calor desprendido no processo de fermentao, necessita-se de um

controle de temperatura que pode ser: serpentina de resfriamento ou trocadores de calor aplaca. Os mais utilizados so os trocadores de calor de placas, como mostrado na figura 4.

Apresenta uma melhor performance no controle de temperatura. um equipamento provido

de trocadores de placa e bombas de recirculao. A temperatura tima de trabalho da levedura

situa entre 33 e 34C (EBA CONSULTORIA, 2008).

Figura 4 Trocador de Placas.


1.3.3. CentrifugaoO principal objetivo desta etapa do processo separar o levedo do vinho e retorn-lo

fermentao nas melhores condies possveis (CTC, 2010).

A separao realizada por um rotor com boquilhas de descarga de slidos. O lquido

em processo alimentado continuamente no centro do rotor e distribudo para a periferia

deste, por meio do cone de distribuio. A alta rotao fora este lquido a passar atravs de

discos cnicos, onde separado pela fora centrfuga em uma fase slida e uma lquida (CTC,

2010).

O concentrado, sendo a fase mais pesada, contendo as clulas de levedura e uma

pequena quantidade de vinho, forada para fora da parede do rotor, atravs de boquilhas de

descarga. O vinho delevedurado, sendo fase leve, deslocado em direo ao centro do rotor e


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deixa este atravs de uma abertura no topo do rotor, sendo impulsionado para fora da

separadora atravs do coletor (CTC, 2010).

Uma centrifugao bem operada ajuda no controle microbiolgico da fermentao,

atravs da eliminao de bactrias no momento da centrifugao (CTC, 2010). A figura 5

apresenta um modelo de centrfuga de separao.

Figura 5 Cenrtfuga de Separao.

Fonte: CTC, 2010

1.3.4. Aparelhos de destilao um conjunto de colunas e troncos com seus respectivos condensadores e acessrios,

interligados estrategicamente, de maneira a se produzir lcool dentro de especificaes

preestabelecidas (Figura 6). So constitudas por uma srie de caldeiras de destilao

superpostas, as quais recebem a denominao de bandejas. A reunio de duas ou mais

bandejas de destilao forma um gomo, que se liga a outros por meio de flanges (AMBIENTE

BRASIL, 2011).

Cada bandeja se constitui em uma unidade de destilao, variando o seu numero no

gomo e na prpria coluna. As bandejas de destilao so geralmente circulares, sendo que

pela superposio das mesmas, do ao conjunto o aspecto de um cilindro vertical que recebe o

nome de coluna (AMBIENTE BRASIL, 2011).

As bandejas se comunicam entre si por meio de sifes de destilao os quais em suaparte superior, sobressaem alguns centmetros, determinando o nvel da bandeja, enquanto


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que, em sua extremidade inferior, ficam mergulhados no liquido contido na bandeja ali

situada, impedindo dessa maneira, a passagem direta dos vapores para a bandeja seguinte

(AMBIENTE BRASIL, 2011).

As bandejas possuem um grande nmero de orifcios, aos quais se encontram

acoplados tubos denominados chamins, munidos lateralmente de janelas (fenestras), sobre as

quais se apresentam as calotas ou canecas construdas sob as formas mais variadas. Estas

calotas com suas bordas mergulhadas no liquido, oferecem resistncia a passagem dos

vapores provenientes da bandeja inferior, formando uma verdadeira junta hidrulica

(AMBIENTE BRASIL, 2011).

Figura 6 Aparelhos de Destilao.

Fonte:AGUIAR, 2006

1.3.5. CondensadoresOs condensadores (Figura 7) so trocadores de calor que tem como principal funo

resfriar os vapores alcolicos provenientes das colunas. Podem ser horizontais ou verticais e

abertos ou fechados. Sendo que condensadores verticais abertos facilitam sua limpeza, pois

pode ser feita com o aparelho em marcha de produo (AGUIAR, 2006).


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Figura 7 Condensadores horizontais.

Fonte: CTC, 2010

1.4. Matrias primas utilizadas para produzir etanol

Segundo MENEZES(1980), existem vrios tipos de matrias primas que se pode obter

o etanol como subproduto. Os mais utilizados so:

mandioca; milho; batata doce; cana-de-acar;

1.4.1. Etanol de mandiocaA mandioca uma raiz que cultivada na Amrica do Sul desde o perodo pr-

colombiano pelos autctones. Apesar de vrios anos, essa cultura ainda no alcanou um nveltecnolgico nos dias atuais, sendo raras as plantaes que utilizam modernas tcnicas de

cultivo. uma das plantas fotossintetizadoras mais eficientes que se conhece. Tem

rendimento duas vezes e meia maior na produo de lcool sobre a cana-de-acar. Porm,

devido o uso de elevada quantidade de energia, provinda de uma fonte externa, j que a

mandioca no produz resduo para a cogerao. A estimativa que para cada quilo de

mandioca, necessrio 1,8 kg de vapor (MENEZES, 1980).

Em geral, o processo de fabricao de lcool da mandioca semelhante ao processo defabricao de lcool de cereais. Basicamente depois de recebida, a mandioca lavada e


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descascada. Aps isso, ela passa por raladores especiais para desintegrar a matria prima com

a finalidade de aumentar a superfcie de contato, expondo-a mais facilmente ao calor e aos

agentes sacarificantes.

A prxima etapa o cozimento, operao realizada para liberar os gros de amido

ligados aos compostos lignocelulsicos, facilitando a reao entre os agentes sacarificante e o

amido. Seguindo para a sacarificao, onde ocorre a converso completa do amido por

hidrlise.

Da em diante o processo semelhante ao processo da cana-de-acar. O mosto de

mandioca fermentado e por fim destilado.

1.4.2.

Etanol de milhoA produo de etanol atravs da fermentao do milho algo que vem crescendo

como alternativa para a produo de biodiesel. S nos EUA estima-se que na ltima safra

foram modas cerca de 86 milhes de toneladas de milho para a produo de etanol. Para se

ter uma idia, o Brasil colheu aproximadamente 50 milhes de toneladas em 2008. Embora o

milho no tenha potencial energtico igual ao da cana, suas perspectivas de uso so boas

(JUNIOR, 2010).

O processo de produo semelhante ao da cana-de-acar. O milho colhido, levado para a usina onde triturado por inteiro e so adicionadas gua e enzimas que vo

facilitar a converso da pasta em dextrose, um acar simples. A pasta resultante fervida

para reduzir o nvel de bactrias. Depois de arrefecida, adiciona-se levedura e d-se incio ao

processo de fermentao onde o acar transforma-se em etanol. O mosto mandado para o

processo de destilao onde o etanol separado dos outros compostos (JUNIOR, 2010).

1.4.3. Etanol de batata doceOs materiais amilceos podem ser divididos em amilceos (gros) e feculentos (razes

e tubrculos). A vantagem do uso dos ltimos que podem ser utilizados materiais refugo,

fora de tamanho, machucados e at mesmo, com brotao desenvolvida (JUNIOR, 2010).

De fato, a existncia de brotos reduzir a quantidade de malte (ou enzimas) necessria

para a malteao. As batatas contm entre 15 e 18% de material fermentescvel,

as batatas doces contm cerca de 22% de amido e 5-6% de acares redutores, e a mandioca

contm 30-35% e todos estes materiais feculentos so uma fonte tradicional de lcool. Em

mdia, 1 tonelada de batatas leva a uma produo de 85 a 95 litros de lcool (JUNIOR, 2010).


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Todos os materiais amilceos requerem um processo de cozimento para diluio e

gelatinizao do amido e, em seguida, de sacarificao ou hidrlise no qual o amido

transformado em acares fermentescveis. Esta hidrlise pode ser por maltagem, por adio

de enzimas ou pela ao de cidos. Os passos seguintes so a fermentao e destilao,

idnticos aos da beterraba e cana (JUNIOR, 2010).

1.4.4. Etanol de cana-de-acarA cana-de-acar , desde o perodo colonial, a cultura mais amplamente desenvolvida

e o acar foi um produto de exportao bsico para economia brasileira durante alguns

sculos. Do sculo XVI ao sculo XVIII, esta atividade tinha absoluta preponderncia sobre

todas as outras atividades econmicas desenvolvidas no pas. A produo brasileira foicrescente desde a criao do Instituto do Acar e do lcool em 1933 (JUNIOR, 2010).

A cana (Figura 8) uma planta composta, em mdia, de 65% a 75% de gua, mas seu

principal componente a sacarose, que corresponde de 70% a 91% de substncias slidas

solveis. O caldo conserva todos os nutrientes da cana-de-acar, entre eles minerais (de 3 a

5%) como ferro, clcio, potssio, sdio, fsforo, magnsio e cloro, alm de vitaminas do

complexo B e C. A planta contm ainda glicose (de 2% a 4%), frutose (de 2% a 4%),

protenas (0,5% a 0,6%), amido (0,001% a 0,05%) ceras e graxos (0,05% a 0,015%) ecorantes, entre 3% a 5% (CONSECANA, 2010).

O acar, que o produto que realmente interessa, est dissolvido no caldo; portanto,

o objetivo extrair a maior parte possvel deste caldo. Em escala industrial existem dois

processos de extrao: a moagem e a difuso. Aps a extrao, o caldo tratado, fermentado e

por fim destilado para assim produzir o etanol (CONSECANA, 2010).

Figura 8

Cana-de-Acar.

Fonte: CONSECANA, 2010


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2. PROCESSO DE FABRICAO

O processo de fabricao estudado e apresentado neste trabalho sobre o etanol obtido

da cana-de-acar. A seguir so apresentadas as fases antes da destilao do etanol.

2.1. A cana-de-acar

Originria do sudoeste Asitico, Java, Nova Guin e tambm a ndia onde cultivadadesde pocas remotas, a explorao canavieira assentou-se, no incio, sobre a espcie S.

officinarum. O surgimento de vrias doenas e de uma tecnologia mais avanada exigiu a

criao de novas variedades, as quais foram obtidas pelo cruzamento da S. officinarum com as

outras quatro espcies do gnero Saccharum e, posteriormente, atravs de recruzamentos com

as ascendentes (CONSECANA, 2010).

Os trabalhos de melhoramento persistem at os dias atuais e conferem a todas as

variedades em cultivo uma mistura das cinco espcies originais e a existncia de cultivares ouvariedades hbridas (CONSECANA, 2010).

A importncia da cana de acar pode ser atribuda sua mltipla utilizao, podendo

ser empregada in natura, sob a forma de forragem, para alimentao animal, ou como matria

prima para a fabricao de rapadura, melado, aguardente, acar e lcool (CONSECANA,

2010).

2.1.1. Aspectos geraisSegundo CONSECANA(2010) a cana-de-acar uma gramnea, monocotilednea,

porte ereto, com propagao vegetal e dividida em:

Raiz:

propagao vegetativa pelos primrdios radiculares; razes de fixao (at 30 dias aps o plantio); na Fase inicial utiliza reserva do tolete. Posteriormente formam-serazes oriundas dos perfilhos primrios, secundrios e assim por diante;


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aps 90 dias do plantio a cana depender exclusivamente das razes dosperfilhos;

em cana-soca o sistema radicular antigo permanece em atividade pordeterminado tempo, e gradativamente substitudo pelas razes dos

perfilhos. A cada corte o sistema radicular tende a ficar mais superficial

(exposio da soqueira);

Colmo: cilndrico, ereto, fibroso, com elevada capacidade de armazenar sacarose.

o teor de caldo est entre 86 a 92% com 8 a 14 % de fibras (Materialinsolvel). Contm de 75 a 82% de gua e 18 a 25% de slidos solveis;

constitudo por ns e entrens; apresenta uma gema de crescimento por n, protegida pela bainha dafolha, disposta alternadamente em torno do colmo;

teor de fibra muito importante, pois afetar a extrao do acar(mdia de 12,5%);

Folhas:

dividida em lmina (limbo foliar) e bainha (fixao); lanceolada, afastada do colmo, formando um ngulo que afetar acaptao da luz solar;

comprimento varia entre 0,5 a 1,5m com largura de 2 a 10 cm; bordos serrilhados com ou sem joal (pelos finos lignificados); so alternadas, opostas e fixas aos ns dos colmos, com presena delgula e aurcula;

Inflorescncia e sementes

tipo pancula, muito ramificada, com eixo principal e ramificaesprimrias e secundrias;

flor hermafrodita, com um vulo no ovrio; semente muito pequena, de colorao marrom quando madura; na maioria das regies brasileiras as sementes so estreis, no Brasilapenas no municpio de Camam (BA) as sementes tornam-se viveis

(condies de umidade, temperatura, altitude e luz);


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O restante so substncias slidas dissolvidas. Os slidos dissolvidos dividem-se em:

Sacarose (10,2 a 16.7 %); Glicose (0,2 a 1,0%); Frutose (0 a 0,5%); no Acares (1,0 a 2,5 % );

A qualidade da matria prima fundamental por ser a principal entrada de

contaminantes na indstria.

2.2. Extrao do caldo

A cana-de-acar recebida na indstria. Atualmente as Usinas esto adotando o

sistema de estoque de cana sobre rodas. Nesse sistema, realizado um dimensionamento,

conforme capacidade de moagem, onde parte dos caminhes que chegam at a indstria, tem

suas composies desengatadas no ptio e retornam as frentes de carregamento, otimizando

desta forma, uma melhor utilizao dos veculos canavieiros. Com isso, so evitadas tambm

as movimentaes entre ptio/barraco/mesa alimentadora, alm de garantir uma melhorrotatividade do estoque de matria prima, que so realizadas por tratores de menor potncia,

apenas para movimentao da cana entre ptio e descarregamento, disponibilizando as

composies vazias para novo carregamento (EBA CONSULTORIA, 2008).

A cana descarregada em mesas alimentadoras tipo 45. A mesa alimentadora recebe

as cargas de cana, tendo como funo alimentar a esteira metlica. Devido a sua inclinao

fornece uma camada de cana uniforme de pouca espessura, facilitando a dosagem de cana na

esteira (EBA CONSULTORIA, 2008).A cana passa por um sistema de lavagem, que realizada com gua em circuito

fechado (realiza-se tratamento da gua). Tem como funo retirar a terra que est impregnada

na cana. Apresenta como desvantagem uma pequena perda da Sacarose (EBA

CONSULTORIA, 2008).

O monte de cana cai em esteiras. Tem como funo conduzir a cana at a esteira de

borracha, passando pelo sistema de preparo. O preparo da cana consiste em transformar a

matria prima em um material homogneo, composto por longas fibras, o que facilitam a

alimentao para o sistema de extrao (EBA CONSULTORIA, 2008).


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O processo mais utilizado para extrao do caldo em usinas sucroalcooleiras a

moagem por moendas (Figura 9), que consiste em deslocar o caldo separando-o da fibra.

Figura 9Moenda.


2.3. Tratamento do caldo

O caldo passa por um tratamento com leite de cal denominado calagem. Tem como

funo (EBA CONSULTORIA, 2008):

neutralizar a acidez do caldo, corrigindo o pH at o valor desejado; reagir com acidos orgnicos presentes no caldo;

precipitao dos colides presentes no caldo; floculao e arraste de partculas em suspenso;

Aps a calagem o caldo passa por polmeros (compostos de alto peso molecular,

apresenta-se como cadeias longas sendo que sua atividade mxima coincide com a mxima

linearizao das cadeias, so empregados na decantao do caldo). Tem como funo:

promove a aglomerao dos flocos; o aumento da velocidade de sedimentao; a compactao e reduo do volume do lodo; a diminuio da turbidez do caldo clarificado;


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menor perda de sacarose na torta de filtro;O caldo mandado para o decantador (Figura 10), que tem como funo de remover

impurezas, pelo processo de decantao. Decantado, o caldo ainda passa por peneiras para

garantir a remoo da maior parte dos slidos presentes no caldo. Aps essa etapa, o caldo

recebe o nome de caldo clarificado (EBA CONSULTORIA, 2008).

Figura 10 Decantador do lcool.


2.4. Preparo do mosto

Mosto uma mistura de mel, xarope (provenientes da fabrica de acar com uma

concentrao de aproximadamente 50 a 60Brix) e caldo clarificado. Sua concentrao definida conforme a produo pretendida e a capacidade de fermentao da levedura. O mosto

deve ter as seguintes caractersticas:

iseno de slidos (bagacilho, areia, terra); temperatura mxima de 35C; contaminao menor que 100 UFC;

Aps ser dosado o mel/ xarope no caldo clarificado, essa mistura passa por

misturadores estticos para melhor homogeneizao do produto, sendo posteriormente

encaminhado para o resfriamento em trocadores de calor a placas. Faz-se o resfriamento do

mosto com o objetivo de diminuir a temperatura do mesmo, de 65C para 28C a 32C. Isto se


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faz necessrio para evitar que a elevao da temperatura venha a afetar o processo de

fermentao, possibilitando a proliferao de contaminantes, tornando o meio inadequado

para o desenvolvimento do processo, chegando at a prejudicar o rendimento do mesmo

(EBA CONSULTORIA, 2008).

2.5. Fermentao

Fermentao alcolica um fenmeno atravs do qual os acares, so transformados

em lcool, gs carbnico e energia, por ao de leveduras. Deseja-se de um processofermentativo um elevado rendimento, uniformidade de metablitos pela levedura e uma

qualidade tima do produto final (EBA CONSULTORIA, 2008).

Pode-se distinguir uma fermentao alcolica em trs fases: fase preliminar, fase

tumultuosa, fase final (EBA CONSULTORIA, 2008).

Fase Preliminar: inicia-se no momento do contato do levedo com o mosto.Caracteriza-se por multiplicao celular intensa, pequena elevao de temperatura e pequeno

desprendimento de CO2. Nesta fase garante-se a produo de grande quantidade de clulas demximo poder fermentativo. Um nmero adequado de clulas pode iniciar a segunda fase

bem rapidamente, atuando diretamente sobre o desdobramento dos acares. Isso no

significa que no haja multiplicao celular, mas ela se faz menos intensamente.

Fase Tumultuosa: caracteriza-se pelo desprendimento volumoso e intenso deCO2, consequncia da existncia de um nmero suficiente de clulas para desdobrar os

acares fermentescveis do mosto. a fase de maior tempo de durao. A temperatura eleva-

se rapidamente, a densidade do mosto reduz e eleva-se a porcentagem de lcool e acidez. Odesprendimento de CO2 evidente.

Fase Complementar: caracteriza-se pela diminuio da intensidade dodesprendimento de CO2, por menor agitao do lquido e diminuio da temperatura. Nesta

fase a concentrao de acares chega ao fim.


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2.6. Leveduras

As leveduras so fungos unicelulares, e se reproduzem normalmente por gemao ou

brotamento. Elas so facilmente diferenciveis das bactrias por apresentarem dimenses

maiores e por suas propriedades morfolgicas (EBA CONSULTORIA, 2008).

As clulas de levedura so esfricas, elpticas ou cilndricas, variando grandemente em

suas dimenses (Saccharomyces cerevisiae (Figura 11) 2 a 8 micrometros de dimetro e 3 a

15 micrometros de comprimento) (EBA CONSULTORIA, 2008).

Figura 11 - Saccharomyces cerevisiae.


2.6.1.

Fisiologia das leveduras

As leveduras foram os primeiros microrganismos encontrados capazes de crescer na

ausncia de oxignio. Em anaerobiose (ausncia de oxignio) o acar convertido

principalmente em lcool e CO2 (EBA CONSULTORIA, 2008).

Em aerobiose (presena de O2) os produtos formados so o dixido de carbono e gua,

sendo sua multiplicao mais rpida e produz mais clulas (EBA CONSULTORIA, 2008).

As leveduras necessitam dos mesmos elementos qumicos que as outras formas devida: C (carbono), H (hidrognio), O (oxignio), N (nitrognio), P (fsforo), S (enxofre), K


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(potssio), Fe (ferro). Necessitam tambm de determinados fatores de crescimento, compostos

orgnicos indispensveis e que ele no consiga sintetizar, tais como vitaminas (EBA

CONSULTORIA, 2008).

Aceita-se em geral que as leveduras crescem em meios cidos. pH entre 4,5 e 5,0. A

temperatura ideal de 20 a 30C, sendo a realidade operacional em torno de 34C.

A multiplicao do fermento feita no inicio da safra at que se atinja a populao

ideal para a conduo do processo, em funo da quantidade de lcool que se pretende

produzir. No decorrer da safra feito o acompanhamento da viabilidade do fermento

verificando-se existncia de mortes por envelhecimento ou condies adversas e perdas de

levedura no processo (centrfugas e fundo de dorna) (EBA CONSULTORIA, 2008).

Neste caso torna-se necessrio criar condies de reproduo das clulas, controlandoo equilbrio do percentual de clulas ativas, tomando cuidados especiais na conduo do

processo, tais como:

teor alcolico; tempo de tratamento; bactericidas; antibiticos;

2.7. Tipos de processo de fermentao

Pode-se encontrar trs tipos de processo de fermentao:

fermentao contnua; fermentao descontnua; fermentao conbat.

2.7.1. Fermentao contnua

Neste tipo de processo de fermentao utiliza-se dorna de grandes dimenses, sendo

que o processo ininterrupto.

O mosto misturado levedura na primeira dorna e passar para as demais num

processo continuo at chegar ltima dorna, onde a concentrao de acares estar menor


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possvel podendo assim considerar a dorna como morta. Sendo assim o vinho levedurado

segue para uma dorna volante e segue o processo normal de fabricao do lcool (EBA

CONSULTORIA, 2008).

Posto em prtica em meados de 1930 e amplamente usado no Brasil, a fermentao,

com reciclo (MelleBoinot) (Figura 13) caracterizada por, passar todo o vinho por

centrfugas, aps a fermentao, nas quais se separa um lquido espesso, com aparncia de um

creme, que recebe a denominao de leite de levedura. Este creme corresponde de 10 a 20%

do volume da dorna. O mesmo enviado para purificao (tratamento) em um tanque onde

dilui-se com o mesmo volume de gua e coloca-se em agitao por 3 a 4 horas. Aps o

tratamento com cido sulfrico at pH 2,2 a 3,2 envia-se o leite para outra dorna onde se

reiniciar a fermentao (CTC, 2010).

Figura 12 Fermentao Contnua.

Fonte: CTC, 2010

Este processo de fermentao apresenta as seguintes caractersticas:

facilidade e custo baixo de automao; custo baixo de instalao de equipamentos (menor nmero de dornas); difcil controle microbiolgico; dificuldade de limpeza das dornas; inflexibilidade do processo;


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Figura 13 Fermentao MelleBoinot.

Fonte: CTC, 2010

2.7.2. Fermentao descontnuaNeste processo utilizam-se vrias dornas geralmente com capacidade menor que as do

processo contnuo, pode-se dizer que neste tipo de processo trabalha-se fazendo vrias

pequenas fermentaes, pois as dornas so cheias, fermentadas e processadas uma a uma.

Abaixo so citadas algumas caractersticas do processo:

alto custo de instalao; alto custo de manuteno flexibilidade do processo; facilidade no controle microbiolgico; possibilidade de limpeza das dornas;

2.7.3. Fermentao conbatEste tipo de processo uma mescla dos dois processos citados anteriormente. Tem-se

uma dorna me por onde comea o processo de alimentao e dela distribui -se para as

demais dornas para o trmino da fermentao (BAROUD, 2006).


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3. DESTILAO DO ETANOL

3.1. Conceitos fundamentais

lcool: Denominao genrica de uma classe de compostos qumicosternrios, constitudos por carbono, hidrognio e oxignio. Sua caracterstica apresentar uma

ou mais hidroxilas ligadas a um radical alcola. Muitas vezes a palavra lcool utilizada para

denominar o lcool etlico ou etanol, que o membro mais conhecido da classe (BAROUD,

2006). lcool anidro: Denominao do lcool com um teor alcolico superior a 99,3

INPM, em geral utilizado para misturar gasolina (BAROUD, 2006).

lcool de Cabea: Chamado tambm de lcool de segunda, corresponde aolcool rico em produtos volteis que retirado no topo da coluna D (BAROUD, 2006).

lcool etlico (etanol): Membro mais importante da classe dos lcoois, que representado pela formula C2H5OH (BAROUD, 2006).

lcool Hidratado: Denominao do lcool com graduao alcolica em tornode 93,2 INPM, em geral utilizado como combustvel automotivo.

lcool Potvel: lcool etlico que pode ser adicionado a produtos alimentares. INPM (Instituto Nacional de Pesos e Medidas): Percentual de lcool (em

peso) de uma mistura hidro alcolica temperatura padro de 20C.

Volatilidade: A separao em uma coluna ocorre devido volatilidade relativade um componente em relao ao outro. A frao mais voltil aquela que tem a maior

presso de vapor, ou seja, maior tendncia a evaporar. Quanto menor a massa molar, maisvoltil um composto dentro de uma mesma funo orgnica (metano mais voltil que o

etano que mais voltil que o propano) (BAROUD, 2006).

Equilbrio Lquido-Vapor: Ao colocar um recipiente sob vcuo, mantendo-sea temperatura constante, o lquido tender a vaporizar-se at que alcance a presso de

equilbrio entre a fase vapor e a fase lquida, isto , as molculas da fase lquida passam para a

fase vapor aumentando a presso do recipiente at que se tenha o equilbrio entre as fases

lquida e vapor. O equilbrio ocorre quando o nmero de molculas que passa para a faselquida se iguala ao nmero de molculas que passa para a fase vapor (BAROUD, 2006).


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3.2. Caractersticas

O lcool etlico composto ternrio constitudo de carbono, oxignio e hidrognio de

frmula bruta C2H5OH, derivados dos hidrocarbonetos por substituio de um tomo de

hidrognio por uma hidroxila (BAROUD, 2006).

O lcool se apresenta como liquido incolor, lmpido, de cheiro agradvel e fortemente

penetrante, seu sabor caustico e ardente (BAROUD, 2006).

3.3. Tipos de lcool

Segundo BAROUD(2006) o lcool pode ser classificado em:

industrial; fino; extra-fino; neutro; lcool de segunda; lcool anidro; lcool hidratado Carburante;

Tabela 14 Grau alcolico dos tipos de lcool.

Fonte: BAROUD, 2006


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3.4. Destilao

Os primeiros testemunhos escritos tratando da destilao so de origem grega.

Hipcrates (465 a.C.) descreveu uma experincia de destilao em seu "Tratado dos fludos".

O mdico Dioscride (primeiro sculo d.C.) fala em seu trabalho "Matria Mdica" dos

aparelhos de destilao, empregando o termo "ambica". Esta obra foi traduzida para vrias

lnguas e inspirou a teraputica at o fim do sculo XII. Mais tarde, entre os sculos II e o IV,

outros sbios gregos Galien, Synesius e Zozime, anunciaram a obteno de essncias de flores

e de plantas pela destilao. Destes, sobretudo o ltimo, descreveu pela primeira vez o

esquema de um alambique de trs corpos (RASOVSKY, 2009). uma operao que permite a separao de misturas de lquidos em componentes

puros prximos de pureza e que se realiza a vaporizao e condensao sucessivas operao

em questo exequvel quando se verifica uma diferena de volatilidade entre os

componentes do lquido (RASOVSKY, 2009).

o processo pela qual se vale da diferena do ponto de ebulio para a separao de

um ou mais composto de uma mistura. um processo que visa separar o lcool etlico de

volteis que o acompanham no vinho. Quando o vinho submetido ao processo de destilao,resulta em duas fraes, o flegma e a vinhaa. A vinhaa o resultado da destilao do vinho.

Sua riqueza alcolica deve ser nula, porem nela se acumulam todas as substancias fixas do

vinho, bem como uma parte das volteis (RASOVSKY, 2009).

O vinho, produto resultante da fermentao do mosto, possui uma composio

complexa, com componentes de natureza lquida, slida e gasosa (RASOVSKY, 2009).

Substncias lquidas: tem como principal representante do ponto de vista qualitativo,

o lcool etlico, que aparece nos vinhos industriais numa proporo de 7 a 12% em volume,

de acordo com a natureza e a composio do mosto que lhe deu origem.

Substncias slidas: so as substancias presentes no vinho que se encontram em

suspenso e em soluo. As primeiras so representadas pelas clulas de leveduras e bactrias,

alm de substncias no solveis que acompanham o mosto tais como o bagacilho.

Substncias gasosas: o representante principal dos componentes de natureza gasosa

o gs carbnico (CO2) que aparece em pequena proporo no vinho, embora tenha sido

formado em grande quantidade durante o processo fermentativo, desprendendo na atmosfera

no decorrer do mesmo. Normalmente nas produes industriais, outro componente gasoso

encontrado no vinho, o SO2 (dixido de enxofre), que se apresenta em pequena proporo


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provindo do melao que compe o mosto. Esta substncia altera-se devido s condies do

processo, causando um ataque qumico nos equipamentos.

3.4.1. Destilao descontnua ou simplesRealizadas em bateladas. A carga lquida introduzida em um vaso provido de

aquecimento, entrando em ebulio. Os vapores so retirados no topo atravs do condensador,

onde so liquefeitos e coletados em outros recipientes (RASOVSKY, 2009).

A primeira poro do destilado ser a mais rica em componentes mais volteis. A

medida que prossegue a vaporizao, o produto vaporizado torna-se mais voltil e o lquido

residual torna-se menos voltil, pois o percentual de componentes leves no lquido residual

vai sendo esgotado. O destilado, que o vapor condensado, poder ser coletado em fraesseparadas, denominadas de cortes (RASOVSKY, 2009).

3.4.1.1. Balano material e trmico

Balano Material: segundo o princpio de conservao da matria, o balano material

pode ser dado por:

Entrada = SadaAlimentao = Destilado + Produto de Fundo

Balano Trmico: de acordo com o princpio de conservao de energia, o balano

energtico pode ser dado por:

Energia de Entrada = Energia de Sada

3.4.2. Destilao fracionada o tipo de destilao mais utilizada em indstrias de grande porte. Na destilao

batelada e por expanso brusca a separao das substncias realizada de forma imperfeita e

incompleta. Na destilao fracionada possvel a separao em vrias fraes, pois pode-se

ter temperaturas, vazes e composies constantes em dado ponto da coluna (RASOVSKY,

2009).

A destilao fracionada ocorre por meio de vaporizao e condensaes sucessivas pormeio das diferentes volatilidades das substncias (RASOVSKY, 2009).


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A alimentao introduzida no meio da coluna descendo at atingir o refervedor

(trocador de calor aquecido por vapor), onde entrar em ebulio. Este vapor ascender a

coluna em contra corrente com a alimentao atingindo o condensador onde ser liquefeito

(RASOVSKY, 2009).

3.5. Tronco de destilao A

caracterizado pela sobreposio das 03 colunas descritas a seguir:

Coluna A - conhecida como coluna de esgotamento do vinho, possui de 15 a 20bandejas, produzindo um flegma de 35 a 65 GL e como subproduto a vinhaa. Nesta coluna

(Figura 15) admitido o vapor para o aquecimento do tronco de destilao (EBA

CONSULTORIA, 2008).

Coluna A1 - Composta por 8 bandejas, onde feita a elevao do teor alcolico e a

epurao do vinho que consiste na evaporao dos produtos mais volteis. Nesta coluna o

vinho admitido no aparelho (EBA CONSULTORIA, 2008).

Coluna D - Composta de 06 bandejas sobrepostas coluna A1 e separada por umabandeja cega. A interligao destas colunas feita por uma tubulao em forma de U. Sua

funo concentrar o lcool de segunda (EBA CONSULTORIA, 2008).

Figura 15 Tronco de Destilao A.



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3.6. Tronco de retificao B

O tronco retificador se caracteriza por apresentar uma coluna de esgotamento (B1) e

uma coluna de concentrao (B). Nesta coluna (Figura 16) o flegma concentrado de 86

97GL, havendo ainda a separao dos produtos de cauda (flegmaa), centro (leo fsel) e de

cabea (lcool hidratado, aldedos e steres) (EBA CONSULTORIA, 2008).

A admisso de vapor feita na base da coluna B1, garantindo a presso e temperatura

necessrias em todo o tronco (EBA CONSULTORIA, 2008).

Figura 16 Tronco de Retificao B.



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4. ETANOL ANIDRO

4.1. Importncia do etanol anidro

O lcool etlico andrico amplamente utilizado na indstria qumica como matria

prima para a fabricao dos steres e dos teres, de solventes, tintas e vernizes, de cosmticos,

de pulverizadores, dentre outros. Alm disso, utilizado como aditivo oxigenante gasolina,

proporcionalmente o aumento da octanagem e reduo/ limitao das emisses dos gases

precursores do efeito estufa, conforme demandado para alguns pases pelo Protocolo deQuioto (ALESSI, 2004).

Desde julho de 2007, a partir da publicao da Portaria n 143 do Ministrio da

Agricultura, Pecuria e Abastecimento, toda gasolina vendida no Brasil contm 25% de etanol

combustvel anidro (ALESSI, 2004).

4.2. Desidratao do etanol

A desidratao do etanol uma preocupao antiga. Em 1950 foi desenvolvido e

aplicado um processo de destilao extrativa que desidratava o etanol de forma contnua,

utilizando como solvente, o glicerol. Devido a diversos problemas tais como: polimerizao e

degradao do glicerol, equipamentos e processo de tecnologia ultrapassada, problemas de

automao existentes; esse processo caiu em desuso. At meados dos anos 70, este foi

utilizado com sucesso por algumas usinas brasileiras mais tradicionais, que foi tambm

abandonado em virtude da aplicao dos processos e tcnicas usadas, que utilizavam como

desidratante o perigoso e antieconmico benzeno na destilao azeotrpica (SMITH, 2003).

O benzeno foi utilizado como solvente na separao do etanol da gua durante muitos

anos. Por ser um composto potencialmente cancergeno, seu uso foi proibido e a partir de

1997 tornou-se obrigatrio o uso de outros mtodos de desidratao do etanol. Atualmente,

por utilizao da infraestrutura pr-existente nas usinas, a maior parte dos produtores de

etanol anidro utilizam o processo de destilao azeotrpica com cicloexano.Assim, outros

processos tm sido propostos ao longo dos anos para desidratar o etanol (SMITH, 2003).


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4.3. Mtodos de obteno do etanol anidro

Atualmente, dentre as tcnicas utilizadas nas indstrias mundiais de desidratao do

etanol incluem a destilao extrativa, destilao azeotrpica, a desidratao em peneiras

moleculares e a pervaporao (SMITH, 2003).

4.3.1. Destilao extrativaTecnicamente, a destilao extrativa um processo depurificao no qual se usa um

solvente para melhorar a eficincia de separao, com o aumento da volatilidade relativa de

um ou mais componentes. Quanto a usar um solvente, semelhante destilao azeotrpica,mas aqui na destilao extrativa no ocorre nenhuma formao de mistura ou misturas

azeotrpicas (FERNANDES, 2010).

Na destilao do lcool hidratado, o solvente funciona como uma terceira substncia

dentro da coluna destiladora (as outras duas substncias so o lcool anidro e a gua). Esse

solvente mistura-se melhor com a gua e juntos escoam para o fundo da coluna porque a

mistura dos dois menos voltil do que o lcool. Enquanto isso o lcool, mais voltil, vai para

o topo da coluna (FERNANDES, 2010).Dentre os solventes usados no processo de desidratao de lcool, pode-se citar a

glicerina e o etilenoglicol. Este ltimo solvente o mais usado atualmente. O etilenoglicol (ou

monoetilenoglicol) pode ser usado puro ou misturado com substncias salinas

(FERNANDES, 2010).


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Figura 17 Esquema de Destilao Extrativa.

Fonte: FERNANDES, 2010

4.3.2. Destilao azeotrpicaEste processo utiliza uma coluna onde o cicloexano alimentado no topo e o etanol a

ser desidratado alimentado um pouco abaixo. No topo da coluna tem-se como produto o

azetropo ternrio, que aps a condensao a mistura azeotrpica ir se separar em um vaso

de decantao em duas fases lquidas: orgnica e aquosa. A fase orgnica retorna coluna

azeotrpica, juntamente reposio de solvente perdido na corrente na base da coluna, a qual

ter como produto principal o etanol anidro. Nesta corrente, geralmente h uma contaminao

considervel de cicloexano. A fase aquosa encaminhada coluna de recuperao, onde ser

recuperado o lcool etlico presente inicialmente no azetropo ternrio que passou para a fase

aquosa. Nesta coluna obtida uma soluo alcolica como produto de topo e uma corrente

que contm gua praticamente pura no fundo (JUNIOR, 2010).


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Figura 18 Fluxograma do Processo de Destilao Azeotrpica.

Fonte: JUNIOR, 2010

Apesar do processo de destilao azeotrpica apresentar um menor custo de

investimento quando comparado aos demais mtodos utilizados no Brasil e o emprego

exclusivo de vapor de baixa presso como fonte de aquecimento, ele apresenta um alto

consumo de vapor (1,5 a 1,6 kg de vapor/ L lcool), alm de ser comum a perda de

quantidades considerveis de cicloexano como contaminante no lcool anidro e pequena

perdas de etanol na corrente da coluna de recuperao do solvente (JUNIOR, 2010).

4.3.3. Desidratao por peneiras molecularesO princpio de desidratao de lcool atravs de PeneiraMolecular est baseado na

capacidade de adsoro (termo utilizado para descrever o fenmeno no qual molculas queesto presentes em um fluido, lquido ou gasoso, concentram-se espontaneamente sobre uma

superfcie slida) seletiva de substncias denominadas zelito (HABERT, 2006).

Quando da passagem, em fase de vapor, de um fluxo contendo lcool + gua, as

molculas de gua ficam "presas" na estrutura cristalina especialmente desenvolvida. Da o

nome de peneira molecular (HABERT, 2006).

As peneiras moleculares so zelitas, que por sua vez so compostos de alumnio e

silcio com alto grau de ordenao a nvel microscpico. Existem zelitas naturais e sintticas;as sintticas so as utilizadas para a obteno de lcool anidro a partir de lcool hidratado.


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Geralmente apresentam-se como partculas do tamanho de ervilhas. A caracterstica principal

das zelitas sintticas ter poros microscpicos de dimetro preciso e rea superficial

especfica bastante grande (HABERT, 2006).

As zelitas usadas no processo de desidratao do lcool tm poros de dimetro de

geralmente 3 angstroms (1 angstrom = 10-10[m]). Esse dimetro de poro muito pequeno para

molculas de lcool, que tm cerca de 4,4 angstroms de dimetro, mas so suficientemente

grandes para que molculas de gua, que tm cerca de 2,8 angstroms de dimetro, entrem,

percorram pelos poros e se adsorvam na grande rea interna da zelita. este mtodo seletivo

das peneiras moleculares o responsvel pelo termo peneira em sua denominao. No

processo de purificao do lcool hidratado, a adsoro um tipo de interao fsica, que

pode ser rapidamente formada e desfeita (HABERT, 2006).A ligao entre a gua e a superfcie interna da zelita um fenmeno de adsoro,

que ocorre pelo simples contato entre elas, como se aderissem entre si. A separao se d ou

por aumento de temperatura ou por diminuio de presso. Quando a gua que estava

adsorvida na zelita se separa dela, diz-se que ocorreu a regenerao da zelita. Os sistemas

industriais de desidratao do lcool por este processo so compostos por dois ou mais

tanques repletos com as partculas de zelitas. O lcool hidratado pressurizado, vaporizado e

injetado em um dos tanques. Na sada do tanque, recolhe-se o vapor de lcool anidro, que condensado. Enquanto isso, a gua vai sendo adsorvida nas zelitas (HABERT, 2006).

Quando a capacidade de adsoro de gua neste tanque se esgota, um segundo tanque

entra em ao enquanto o primeiro evacuado a baixas presses para a eliminao da gua e

regenerao das zelitas. Os tanques de zelitas ficam desta forma se alternando

continuamente entre adsoro e regenerao. Como no h o uso de solvente neste processo, o

lcool anidro resultante isento de contaminantes (HABERT, 2006).

O consumo de vapor de cerca de 1/3 daquele necessrio para a desidratao porcicloexano. So necessrios 0,50 kg/L de vapor a baixa presso (vapor de escape ou mesmo

vapor vegetal) e 0,05 kg/L de vapor presso de 5 bar (para o superaquecimento do lcool

hidratado vaporizado). O consumo total , portanto de 0,55 kg/L, contra 1,5 a 1,6 kg/L no

caso do cicloexano (HABERT, 2006).

O custo operacional da peneira molecular mais baixo. Estima-se um custo mximo

de reposio do zelito de R$ 0,65/m de lcool produzido contra R$ 0,80/m no caso do

cicloexano (adota-se consumo de 0,80 kg/m e preo de R$ 1,05/kg). Porm, o grande fator de

economia pode estar na grande reduo do consumo de vapor e na possibilidade de se operar

a planta durante todo o ano (HABERT, 2006).


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4.3.4. PervaporaoD-se por meio da vaporizao parcial da mistura lquida atravs de uma membrana

no porosa. As espcies transportadas atravs de uma membrana movem-se da fase lquida, de

um lado da membrana, para a fase vapor, do outro lado da membrana. A fora motriz a

diferena de presso atravs da membrana, sendo normalmente aplicado vcuo no lado

permeado da membrana. A separao controlada por diferenas na difusividade e

solubilidade de cada componente da mistura a ser separada na membrana (PESSOA, 2003).

As primeiras observaes do fenmeno de pervaporao foram feitas por Kober em

1917 utilizando filmes de nitrato de celulose em solues aquosas de albumina e tolueno. Na

dcada de 1950, Heisler foi o primeiro a publicar um trabalho quantitativo de pervaporao

envolvendo membranas de celulose para a desidratao de etanol e Binning e colaboradores

aplicaram a pervaporao na separao de misturas orgnicas (PESSOA, 2003).

A pervaporao bastante adequada para a separao de pequenas quantidades de

compostos orgnicos volteis de interesse econmico ou de elevado impacto ambiental,

aplicao esta catalisada pela crescente mobilizao mundial. As aplicaes mais empregadas

da pervaporao so a remoo de gua em solues concentradas de alcois (bastante

vantajosa quando h formao de azetropo), a recuperao e concentrao de componentes

de aromas e a remoo ou recuperao de compostos orgnicos volteis presentes em gua

(PESSOA, 2003).

Figura 19 Modelo de Soro-Difuso.

Fonte: PESSOA, 2003


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A seletividade da pervaporao e o fluxo de permeado so ambos influenciados pelas

etapas de soro e difuso. A etapa de dessoro desprezvel desde que a presso parcial do

componente no permeado seja baixa suficiente. Alm disto, esta etapa suficientemente

rpida para no influenciar significativamente a resistncia global transferncia de massa

(PESSOA, 2003).

A soro uma etapa termodinmica determinada pela natureza qumica do polmero

constituinte da membrana e do permeante. A difuso uma etapa cintica determinada pela

estrutura fsica do polmero e pelo tamanho das molculas do permeante. Na maioria dos

casos, a difuso considerada a etapa limitante do processo por ser mais lenta que a soro

(PESSOA, 2003).

Tabela 1 Comparativo das tecnologias de desidratao.

ProcessoDestilaoExtrativa

DestilaoAzeotrpica

PeneiraMolecular

Pervaporao

Vapor (Kg/L) 0,45 a 0,70 1,5 a 1,6 0,55 a 0,80 0,18 a 0,20gua (L/L) 40 65 55 30

Reciclo de lcool 10% 0 a 25% Min. 15% Max. 5,0%Energia Eltrica

(Kwh/m)Max. 7,22 Min. 11,1 Min. 9,51 Min. 15,5

Custo doInvestimento 140-160 100 200-250 300-475


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CONCLUSO

A indstria sucroalcooleira no Brasil um exemplo importante de sistema de produo

de energia, em larga escala, atravs da biomassa. Levando-se em considerao a

sustentabilidade, a situao atual em geral tima, e tende a melhorar; e no se observa

problemas que no possam ser resolvidos com tecnologias existentes.

O futuro da cadeia sucroalcooleira aponta para as empresas que continuam crescendo,

investindo em tecnologia, processos, reduo de custos e aumento de produtividade. A

capitalizao se fortalecer em processos de fuso, parceira, participaes acionrias; blocos

de comercializao e sinergia no desenvolvimento de outros negcios.

Fazendo-se uma comparao dos mtodos existentes para a desidratao do lcool e

obteno do lcool anidro, pode-se concluir que a Pervaporao uma alternativa para o

futuro. Possui pequeno porte (30 a 60.000 L/dia), utiliza uma pequena quantidade de vapor

(0,18-0,20 Kg/L), porm ainda tem um preo um pouco elevado (1,5x Custo Peneira).

A pervaporao mais competitiva na separao de misturas de difcil fracionamento,

tais como misturas de ismeros ou misturas que formam azetropos. Tem sido utilizada

principalmente para a desidratao de solventes orgnicos, tendo em vista o grande nmero de

solventes que podem formar misturas azeotrpicas com a gua. Apresenta tambm

seletividade bem acima do valor de equilbrio lquido-vapor e tem sido comercializada com

excelente retorno.


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