Rodrigo Otavio Moreira da Cruz

CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS

DESTILAÇÃO DE ÁLCOOL

Autor

Rodrigo Otavio Moreira da CruzÉ professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás – Campus Inhumas. É gra-duado em Engenharia Agronômica pela Universidade Federal de Lavras, especialista em irrigação e drenagem pela Universidade Federal de Viçosa-MG, Curso de aperfeiçoamento em Tecnologia Agríco-la e Irrigação pelo GALILEE INTERNATIONAL MANAGEMENT INSTITUTE DE ISRAEL (2011), Pós gradu-ação Latu Sensu em Gestão da Agroindústria Sucroalcooleira pela Universidade Federal de Campina Grande/Universidade Federal do Mato Grosso (2010), Mestre e Doutor em Agronomia área de concen-

tração Irrigação e Drenagem pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Botucatu-SP.

RevisãoGrupo NT

IlustradorMárcio Rocha

Projeto GráficoNT Editora

Editoração EletrônicaNT Editora

CapaNT Editora

NT Editora, uma empresa do Grupo NTSCS Q2 - Bl. D - Salas 307 e 308 - Ed. Oscar NiemeyerCEP 70316-900 - Brasília - DFFone: (61) 3421-9200e-mail – sac@grupont.com.brSite – www.nteditora.com.br e www.grupont.com.br

Destilação de Álcool. / NT Editora.

-- Brasília: 2014. 95p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm.

ISBN 000-00-0000-000-0

1. Generalidades sobre o etanol. 2. A Indústria Alcooleira no Brasil. 3. Tecnologias de Fabricação do Etanol. 4. Fermentação Etanólica. 5. Microrganismos e Fermentação Alcoólica. 6. Princípios Fundamen-tais, Dornas e Centrifugação. 7. Tipos de Processos de Fermentação. 8. Fatores que Influenciam o Processo de Fermentação. 9. Descrição do Processo de Destilação. 10. Desidratação - Métodos de Obtenção do Etanol Anidro.

Copyright © 2014 por NT Editora.Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por

qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora.

3Destilação de Álcool

LEGENDA

ÍCONES

Prezado(a) aluno(a),Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o ajudará a compreender melhor o conteúdo abor-dado e também como fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo:

Saiba MaisEste ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidi-ano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado.

ImportanteO conteúdo indicado com este ícone tem bastante importância para seus es-tudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor.

DicasEste ícone apresenta dicas de estudo.

Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas.

Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro.

Bons estudos!

4 NT Editora

Sumário

1. GENERALIDADES SOBRE O ETANOL .................................................................. 71.1 Introdução ....................................................................................................................................... 7

2. A INDÚSTRIA ALCOOLEIRA NO BRASIL ...........................................................132.1 Cogeração de Biomassa-Energia do Setor Sucroalcooleiro .........................................182.2 Histórico da fermentação etanólica .......................................................................................... 20

3. TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO DO ETANOL .................................................233.1 Dornas ............................................................................................................................................233.2 Matérias primas utilizadas para produzir etanol .............................................................26

4. FERMENTAÇÃO ETANÓLICA .............................................................................324.1 Tipos de fermentação etanoica ..............................................................................................324.2 Processo de fabricação do álcool .........................................................................................37

5. MICRORGANISMOS E FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA .......................................425.1 Microrganismos ..........................................................................................................................425.2 Agentes da Fermentação Alcoólica - Leveduras .............................................................46

6. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS, DORNAS E CENTRIFUGAÇÃO .......................556.1 Princípios fundamentais: multiplicação .............................................................................55

7. TIPOS DE PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO ......................................................637.1 Fermentação descontínua ou batelada ..............................................................................647.2 Fermentação Conbat .................................................................................................................68

8 . FATORES QUE INFLUENCIAM O PROCESSO DE FERMENTAÇÃO ..................70

9. DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE DESTILAÇÃO .................................................77

10. DESIDRATAÇÃO - MÉTODOS DE OBTENÇÃO DO ETANOL ANIDRO ............85

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................93

APRESENTAÇÃO

5Destilação de Álcool

Repr

oduç

ão p

roib

ida.

Cop

yrig

ht ©

NT

Edito

ra. T

odos

os

dire

itos

rese

rvad

os.

SUMÁRIO

Caro(a) aluno(a),

O curso Destilação de Álcool foi organizado em 60 horas e está dividido em 5 etapas:

1. Fermentação etanólica.

2. Processos de produção da fermentação etanólica.

3. Microrganismos agentes da fermentação etanólica.

4. Fermentação.

5. Destilação do Etanol.

São objetivos deste módulo: conhecer a produção do etanol no Brasil, compreender a fermentação, entender o processo da fermentação, conhecer os microorganismos agentes da fermentação e compreender a destilação do Etanol.

Com base nestes objetivos, você aprenderá a zelar pela conservação de máquinas e equipamentos e a não prejudicar o andamento da produção, além de se concentrar e ter mais atenção nas suas atividades e a ser organizado, pois um ambiente de trabalho desorganizado pode acarretar riscos de acidente de trabalho e prejuízos à empresa.

O curso Destilador de Álcool foi elaborado com intuito de fornecer conceitos fundamentais sobre a profissão, preparando o aluno para atuar em empresas que fabricam alimentos e bebidas, coque, refino de petróleo, combustíveis nucleares, álcool e produtos químicos.

Bom aprendizado!

7Destilação de Álcool

Repr

oduç

ão p

roib

ida.

Cop

yrig

ht ©

NT

Edito

ra. T

odos

os

dire

itos

rese

rvad

os.

SUMÁRIO

1. GENERALIDADES SOBRE O ETANOL

1.1 Introdução

Antes de começar, é importante saber o que é etanol, você sabe o que é?

( ) Sim ( ) Não

Etanol e álcool etílico são sinônimos. O etanol (CH3CH2OH), também chamado álcool etílico – na linguagem popular, simplesmente álcool – é uma substância orgânica obtida da fermentação de açúcares, hidratação do etileno ou redução a acetaldeído12, encontrado em bebidas como cerveja, vinho e aguardente, bem como na indústria de perfumaria. No Brasil, tal substância é também muito utilizada como combustível de motores de explosão, constituindo, assim, um mercado em ascensão para um combustível obtido de maneira renovável e para o estabelecimento de uma indústria de química de base sustentada na utilização de biomassa de origem agrícola e renovável.

Na produção do etanol, no entanto, é necessário diferenciar o etanol anidro (álcool etílico anidro) do etanol hidratado (álcool etílico hidratado).

• Anidro – o álcool anidro é caracterizado pelo teor alcoólico mínimo de 99,3º (INPM) Instituto Nacional de Pesos e Medidas, composto apenas de etanol ou álcool etílico. É utilizado como combustível para veículos (gasolina C) e como matéria-prima na indústria de tintas, solventes e vernizes.

• Hidratado – é uma mistura hidroalcoólica com teor alcoólico mínimo de 92,6º (INPM), composto por álcool etílico ou etanol. O álcool hidratado é usado na indústria farmacêutica, alcoolquímica e de bebidas, no combustível para veículos e em produtos para limpeza. O etanol é também usado como matéria-prima para a produção de vinagre e ácido acético e para a síntese de cloral e iodofórmio.

Olá, eu sou o Prof. Xavier, estou aqui para ajudá-lo a compreender tudo

sobre a destilação de álcool.

Anidro: álcool etílico anidro.

Hidratado: álcool etílico hidratado.

8 NT Editora

Repr

oduç

ão p

roib

ida.

Cop

yrig

ht ©

NT

Edito

ra. T

odos

os

dire

itos

rese

rvad

os.

SUMÁRIO

A diferença aparece apenas no teor de água contida no etanol; enquanto o etanol anidro tem teor de água em torno de 0,5% em volume, o etanol hidratado vendido nos postos de combustíveis possui cerca de 5% de água em volume.

O etanol é utilizado desde o início da indústria automotiva, servindo de combustível para motores a explosão do tipo Ciclo Otto. No entanto, com a utilização de combustíveis fósseis, no começo do século XX, mais baratos e abundantes, o etanol tornou-se uma opção praticamente ignorada. O etanol hidratado é usado diretamente no abastecimento de veículos automotores. É o álcool adquirido pelo consumidor no posto de abastecimento para os veículos a etanol ou para os veículos com motor flex-fuel.

Se o consumidor possuir um veículo com motor flex, só pode utilizar exclusivamente o eta-nol hidratado.

A participação dos biocombustíveis na matriz energética mundial é de aproximadamente 1%, mas os investimentos nessa área estão acontecendo de forma expressiva. Além disso, as perspectivas de esgotamento de fontes energéticas de origens fósseis, como o caso do petróleo, reforçam as políticas energéticas dos países para essas novas fontes renováveis.

O etanol encontra uma ampla aplicação na vida cotidiana do brasileiro, seja como solvente industrial, antisséptico, conservante, seja como componente de diversas bebidas, em desinfetantes domésticos e hospitalares e solventes de fármacos importantes. Além do uso caseiro e industrial, o etanol tornou-se uma molécula estratégica para a economia brasileira, pois é uma alternativa energética viável, uma vez que o Brasil tem tradição e conhecimento na produção desses biocombustíveis para a substituição gradativa do petróleo.

Exercitando!Marque a resposta que considerar correta.

O etanol é aplicado na vida cotidiana dos brasileiros como:

( ) antissépticos, sabonetes e detergente;

( ) antisséptico, conservante, componente de diversas bebidas, desinfetantes domés-ticos e hospitalares e solventes de fármacos;

( ) sabonete, sabão em pó, bebidas e detergentes.

Volume: embora a especificação brasileira defina essas características em massa, o comentário feito expressa os dados em volume para harmonização da informação com a prática internacional.

Ciclo Otto: é um ciclo termodinâmico, que idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha.

9Destilação de Álcool

Repr

oduç

ão p

roib

ida.

Cop

yrig

ht ©

NT

Edito

ra. T

odos

os

dire

itos

rese

rvad

os.

SUMÁRIO

Ao contrário do que se pensa, o uso do álcool como combustível acompanha a criação dos automóveis. Tem

como características técnicas ser menos inflamá-vel e menos tóxico que a gasolina e o diesel. Ele pode ser produzido a partir de biomassa, ou seja, de resíduos agrícolas e florestais. No Brasil, ele é gerado principalmente da cana-de-açúcar. Nos Estados Unidos, o milho é o produto mais usado

para esse fim. Observe no gráfico a seguir a vantagem da produção de etanol a partir da cana-de-açúcar: é maior em relação a outros produtos.

Custo Mundial de Produção de Etanol40

35

30

25

20

15

10

5

0

22

Cana(Brasil)

metros/litro

Milho(EUA)

Trigo(Europa)

Melaço(Ásia)

Beterraba(Europa)

32 33 3435

O Brasil é o maior produtor mundial de álcool, mas é também o maior consumidor: são 15 milhões de litros, sendo 14 milhões para fins carburantes no ano de 2005. É ainda o maior exportador, com perspectivas de crescimento significativas em um ambiente de preocupação com o meio ambiente, destacando-se a questão do aquecimento global em função do aumento na concentração de poluentes, notadamente CO2, na atmosfera. (GOLDEMBERG, 2007; SCARAMUZZO & LOPES, 2007).

Além de maior produtor, consumidor e exportador mundial de álcool, o produto brasileiro é considerado o mais competitivo no contexto mundial, em termos energéticos, ambientais e econômicos.

10 NT Editora

Repr

oduç

ão p

roib

ida.

Cop

yrig

ht ©

NT

Edito

ra. T

odos

os

dire

itos

rese

rvad

os.

SUMÁRIO

A produção de etanol carburante apresenta inúmeras vantagens: ganhos ambientais, pois pode substituir os poluentes antidetonantes e a gasolina nos veículos automotores; ganhos sociais, por meio da geração de empregos descentralizados no Brasil e em outros países (no caso do Brasil, a produção canavieira ocorre na maioria dos estados); redução da dependência externa de combustível fóssil; permanência do homem no campo, reduzindo o êxodo rural.

Na produção industrial do etanol, o tipo hidratado é o que sai diretamente das colunas de destilação. Para produzir o etanol ani-

dro, é necessário utilizar um processo adicional que retira a maior parte da água.

Atualmente, mais de 20 anos após a criação do Programa Nacional do Álcool, a cana-de-açúcar vive um dos momentos mais

promissores de sua trajetória econômica.

O Programa Nacional do Álcool foi criado para estimular a produção do álcool. Para saber mais sobre esse programa acesse o site <http://www.biodieselbr.com/proalcool/pro-alcool/progra-ma-etanol.htm>

Segundo dados do Balanço Energético Nacional (2007), os produtos energéticos resultantes da cana-de-açúcar representaram 15,7% da Matriz Energética Brasileira em 2007 (observe no gráfico abaixo). As externalidades positivas do etanol foram responsáveis pelo aumento da demanda de uti-lização do álcool combustível, uma vez que os carros movidos a álcool colaboram para uma menor poluição atmosférica, reduzindo a emissão de CO2.

NO BRASILPetróleo

Fonte: MME/BEM, 2007

38%

23%

21%

13%

15%

14%

1%

3%

Gás natural

Energia nuclear

Biocombustíveis

Energia hidrelétrica

Outras energiasrenováveis Carvão mineral

Lenha e Carvão vegetal

Externalida-des: atividades que envolvem a imposição involuntária de custos ou de benefícios. Podem ser positivas ou negativas.

11Destilação de Álcool

Repr

oduç

ão p

roib

ida.

Cop

yrig

ht ©

NT

Edito

ra. T

odos

os

dire

itos

rese

rvad

os.

SUMÁRIO

NO MUNDO

Petróleo

Fonte: MME/BEM, 2007

23%

21%

35%

10%

2%

2%

6%

2%

Gás natural

Carvão mineral

Energia nuclear

Biocombustíveis

Energia hidrelétrica

Outras energiasrenováveis

Lenha e Carvão vegetal

1.2 Importância da cana-de-açúcar e do etanol na matriz energética do Brasil

Segundo Carrijo & Miziara (2009), outro fator preponderante para a ascensão do setor sucroalcooleiro é a biomassa energética, produzida pela cogeração de energia a partir da vinhaça e palha da cana-de-açúcar. É importante salientar que o país exerce liderança tanto na produção canavieira quanto nos segmentos da cadeia sucroalcooleira como açúcar e álcool.

Os biocombustíveis devem ter ganhos de energia líquida, benefícios ecológicos, serem economicamente competitivos e produzirem sem competir com o abastecimento de alimentos. Pode-se concluir que, de todos os parâmetros, a cana-de-açúcar é hoje a melhor alternativa para a produção de biocombustível. Além da energia química (etanol), a cana-de-açúcar diversifica a matriz energética com a produção de energia elétrica e calor a partir do bagaço e dos restos culturais, contribuindo assim, para a redução do uso de energia fóssil e da poluição ambiental. (ANDREOLI & SOUZA, 2007).

Muito bem! Agora é hora de colocar em prática todo o conhecimento adquirido até aqui. Para fixar o conteúdo é preciso exercitar. Vamos lá!

Cogeração: processo de transformar uma forma de energia em outras formas de energia uteis.

12 NT Editora

Repr

oduç

ão p

roib

ida.

Cop

yrig

ht ©

NT

Edito

ra. T

odos

os

dire

itos

rese

rvad

os.

SUMÁRIO

Exercícios

Questão 1 - Qual é a fórmula do etanol?

a) CH3CH4OH

b) CH3CH2OH

c) CH4CHOH

d) CH8CH2OH

Questão 2 - O etanol ou o álcool é uma substância obtida:

a) da mistura de substâncias destiladas;

b) do ácido acético;

c) da fermentação de açúcares;

d) da fermentação de sais.

Questão 3 - Qual o álcool utilizado diretamente no abastecimento dos veículos?

a) Etanol hidratado.

b) Álcool anidro.

c) Ácido acético.

d) Álcool etílico.

Questão 4 - O uso do álcool como combustível é:

a) mais caro que o diesel;

b) menos inflamável e mais caro que a gasolina;

c) mais caro que a gasolina;

d) menos inflamável e menos tóxicos que a gasolina e o diesel.

Questão 5 - Que país é o maior produtor de petróleo?

a) França.

b) Brasil.

c) México.

d) Inglaterra.

Parabéns, você fina-lizou esta lição!

Agora responda às questões ao lado.