Produção de Etanol

Fermentação, Destilação e Desidratação

Importância e Vias de Obtenção

Utilização: fins farmacêuticos, produção de derivados químicos, bebidas, como combustível, solvente, etc...

Obtenção: destilatória (pouca importância econômica), sintética (a partir de hidrocarbonetos derivados de petróleo – grandes reservas e indústria petroquímica avançada) e fermentativa.

Via Fermentativa

Preparo: tratamento da matéria-prima para extração de açúcares fermentescíveis.

Fermentação: transformação de açúcares em etanol e CO2.

Destilação: separação do etanol. Primeiro do substrato fermentado e depois para separar impurezas.

Matérias-primas

Açucaradas – diretamente e não diretamente fermentescíveis. (Cana-de-açúcar, beterraba, milho, mel, melaços)

Amiláceas e feculentas – grãos amiláceos, raízes e tubérculos.

Celulósicas – palhas, madeiras, resíduos agrícolas e resíduos sulfíticos de fábricas de papel.

Preparação dos meios

Pequenas porções de álcool de milho e vínico.

A quase totalidade produz-se com cana-de-açúcar e melaço.

Mosto – substratos açucarados Dornas – recipientes de

fermentação

Mosto de melaço

Diluição com água (com vinhaça para alguns tipos de rum).

+ diluído - diluído

Fermentação rápida lenta

Sujar aparelhos suja - suja +

Vol. útil da dorna > <

Espaço > <

Consumo de vapor > <

Água > <

Período de safra > <

Infecções > <

Perda de açúcares < >

Temperatura < >

Caldo de cana-de-açúcar

Esmagamento + diluição (água) Prática comum – clarificação

(aquecimento, decantação e filtração)

Caldo mais limpo: fermenta melhor espuma menos suja menos as colunas de destilação

Mosto de materiais amiláceos

Sacarificação – transformação do amido ou fécula em açúcares fermentescíveis.

Tipos: química (pouco utilizada) biológica (adição de fungos) (+ comum) enzimática (pelo malte)

Sacarificação pelo malte Malte – cereal germinado

Cervejas e uísque – cevada Destilaria de álcool – milho

Preparação do malte – etapas: limpeza maceração germinação (ativação de várias enzimas)

Sacarificação – (formar goma) moagem, hidratação e cozimento + leite de malte

Sacarificação biológica Fungos aminolíticos mais usados:

Amylomyces rouxii, Aspergillus oryzae, Rhizopus japonicus e Mucor delemar.

Preparo do inóculo – 20g/1L água, autoclavar (2atm – 20min), resfriar, add suspensão de esporos, incubar 3-4 dias a 35-38ºC – qsp 100.000L

Mosto – formar goma, autoclavar, inocular o fungo, 24h de agitação e aeração.

Fermentação alcoólica Geração de energia (ATP) pela

metabolização anaeróbica da glicose. CO2, etanol e outros produtos (glicerol,

ácidos orgânicos) são produtos de excreção – podem ser transformados em + ATP em aerobiose.

Aparecimento de rotas alternativas com outras utilidades para a levedura – rendimento da fermentação pode cair!

Fatores que afetam a fermentação

Agente de fermentação Nutrição mineral e orgânica Temperatura pH Inibidores da fermentação Concentração de açúcares Concentração de inóculo Contaminação bacteriana Anti-sépticos Antibióticos

Preparo do inóculo

Leveduras de panificação – 10 a 20g/L de mosto diluído, fermentação, divisão em vários recipientes a realimentação com mostos diluídos.

Leveduras selecionadas – tubos de cultura, aumentando o volume de meio em 1:5 ou 1:10 até atingir o volume útil para fermentação (10% vol da dorna)

Prática da fermentação

Fase preliminar (lag-fase): inicia-se no contato do lêvedo com o mosto – multiplicação celular

Fase tumultuosa: elevação da % de álcool e acidez, +Tº, -densidade, espuma.

Fase complementar: -CO2, - agitação, -Tº, [açúcar] = 0

Velocidade = fermento/mosto

Verificação prática da pureza das fermentações

Tempo de fermentação Odor da fermentação Aspecto da espuma Drosófilas Temperatura Densidade do mosto Açúcares no mosto Acidez no substrato em fermentação

Sistemas descontínuos de fermentação

Sistemas de cortes

Sistema de reaproveitamento do inóculo

Sistema de cultura pura

Sistema de recuperação de leveduras

Fermentação contínua

Entrada e saída constantes do fermentador – vários desenhos

Processo Biostil

Salas e dornas de fermentação

Destilação

Líquidos miscíveis – mistura de vapores com predominância do mais volátil

Mistura azeotrópica Vinho – meios açucarados após

fermentação. Constituição: 88 a 93% - água

12 a 7% - etanol

Destilação descontínua

Alambiques – aguardentes (50% etanol) ou bebidas alcoólicas de vinhos

Colunas de baixo grau Destilado de cabeça Destilado de coração Destilado de cauda Água fraca

Destilação contínua

Alimentação contínua com vinho e retirada contínua de vinhaça pela base e do destilado no topo.

Coluna de baixo grau – deflegmação pelo topo

Coluna de alto grau – deflegmação pela altura média do aparelho

Retificação Flegma – líquido alcoólico mais rico, mas

ainda impuro Separação se substâncias voláteis Não se consegue fazer purificação

completa do etanol por vários fatores: marcha imperfeita, dificuldade de separar as cabeças, variação da temperatura, pureza das fermentações, oscilações na composição dos vinhos, reações de esterificação, combinação e decomposição.

Desidratação do etanol Destilação: álcool 97,2% em volume –

mistura azeotrópica Processos industriais:

químicos – substâncias que absorvem a água do álcool (óxido de cálcio, acetato de sódio, carbonato de potássio, ...)

físicos – variação de pressão, destilação de misturas hiperazeotrópicas, absorção de vapores por corpos sólidos, atmólise, destilação em presença de um terceiro corpo, uso de absorventes regeneráveis e separação por membranas (peneiras moleculares)

Uso de arrastadores

Mais utilizada pelas destilarias Formação de uma substância

azeotrópica de 3 componentes 3º componente – insolúvel em um dos

2 componentes iniciais – duas frações Destilação de líquidos mutuamente

insolúveis – temperatura de ebulição é inferior a dos dois componentes

Add 50% benzol a uma mistura de etanol-água 95%

Mistura ternária PE 64,85ºC, mistura azeotrópica benzol-etanol PE 68,24ºC, álcool anidro PE 78,35ºC

Ciclohexano, tricloroetileno, formiato de etila e cloreto de butila

Substituição do benzol (cancerígeno) por ciclohexano

Absorvente regenerável

Processo Mariller ou da glicerina

Absorventes: glicóis, glicerina e solução de carbonato de potássio em glicerol.

Etanol 99,9% a 100%

Peneiras moleculares Passagem dos vapores de álcool

entre camadas de resinas capazes de reter as moléculas de água.

Patente de Hunt/Phoenix

Mais rápido e mais eficiente que os arrastadores e substâncias absorventes (99,9%)