1.TECNOLOGIA DE PROCESSAMENTO DE LEOS E GORDURAS VEGETAIS E DERIVADOS Engo Renato Dorsa 3a edio wWestfalia Separator do Brasil Ltda. 4 1 1 5 2 F 0 4 2 F 0 2 S t e a m 2 G 0 1 2 F 0 3

2. TECNOLOGIA DE PROCESSAMENTO DE LEOS, GORDURAS VEGETAIS E DERIVADOS Relao de itens abordados:. Pgina Prefcio 3 Processo de Obteno de leos e Gorduras Vegetais 4 Decanters para a Clarificao de leos de Prensagem 13 Planta para Extrao de leo de Soja 22 Degomagem 28 Neutralizao de leos Comestveis 39 Clculo de Dosagens no Refino - Sistemas de Dosagem 61 Reduo do Consumo de gua de Lavagem 66 Winterizao 76 Ciso de Borra 88 Perdas no Processo Tratamento dos Efluentes 92 Branqueamento Contnuo 101 Desodorizao 115 Recuperao de Calor em Desodorizadores 128 Recuperao de cidos Graxos - Tocoferis 134 Sistemas de Vcuo no Poluentes 139 Hidrogenao 153 Fracionamento 170 Interesterificao 177 Lecitinas 202 Margarinas e Cremes Vegetais 211 Maionese 222 Protena de Soja 228 leo de Soja Epoxidado 252 Estimativa de Custo para Processamento de Soja 257 Diversos - Dados Tcnicos, Tabelas e Grficos 274 2 3. PREFCIO DA 3A . EDIO A partir de 1993 a Westfalia separator do Brasil, que j fornecia plantas completas de neutralizao desde 1974, atendendo a solicital[o do mercado brasileiro c, comeou a atuar no fornecimento de refinarias completas na modalidade turn-key. Em funo disto foram preparados artigos tcnicos especficos para apresentao dos processos envolvidos. Este livro procurou agrupar o material de divulgao utilizado em palestras de treinamento e seminrios dados pela Westfalia Separator. Esta a terceira reviso deste trabalho onde tentamos incorporar os assuntos que mais despertam interesse dos clientes. Mais uma vez recomendamos a leitura do livro: Pratical Handbook of Soybean Processing and Utilization de D. R. Ericson, Editor - publicada em 1995 por AOCS PRESS e United Soybean Board, de onde alguns artigos tiveram origem. Agradecemos a colaborao e autorizao dada pelo engenheiro Klauss Peter Eickhoff, responsvel pela rea de leos Vegetais da Westfalia Separator Alemanha, pelo eng. Srgio Bloch da Westfalia Separator Argentina, pelo eng. Frank Weldkamp, diretor tcnico da Lochen, Klaus Weber, ex-diretor da Extraktionstechnik e Krupp e, mais recentemente, ao Eng. Holger Kirschbaum da LURGI - Life Science Division - Alemanha para a incluso e divulgao de literatura tcnica de autoria prpria assim como material tcnico interno destas tradicionais companhias. 3 4. TECNOLOGIA DE PROCESSAMENTO DE LEOS E GORDURAS VEGETAIS PROCESSO DE OBTENO DE LEOS E GORDURAS VEGETAIS I. Introduo: As sementes de modo geral contm maior ou menor quantidade de leo em sua composio. Dada a importncia dos leos vegetais na dieta humana, alm das inmeras aplicaes industriais dos mesmos, foram desenvolvidos processos de extrao e purificao destes leos. O processo completo consta de duas etapas: a.) extrao; b.) refinao. Estas etapas podem ser executadas em unidades fabris conjugadas ou independentes, dependendo somente de aspectos econmicos relativos s fontes de matria-prima e dos centros consumidores. O processo aqui descrito tem como base a soja, mas vlido para a maior parte das sementes oleaginosas comerciais (algodo, amendoim, palma, babau, milho, girassol, canola, etc.). II. O Processo de Extrao: As sementes oleaginosas so constitudas por uma parte fibrosa e outra oleosa. Na soja, a fibra constitui cerca de 80%, e a parte oleosa 20%. Alm disso, o gro de soja tem parcela de umidade de 12 a 15%. A unidade de extrao constituda de: II.1. Recebimento / Secagem / Estocagem: Visto que a colheita de gros sazonal, com poca determinada pelo clima da regio produtora, todo o produto a ser trabalhado no ano recebido e armazenado durante um curto perodo do ano. 4 5. Para que o produto no sofra deteriorao, deve ser seco at uma umidade pr- determinada, para ser armazenado sob condies controladas (para a soja: 12%). A secagem feita normalmente em secadores verticais tipo cascata, com utilizao de gs quente de combusto. Quando se recebem gros muito midos, devido a chuvas na poca da colheita, torna-se necessria a re-secagem ou seja o gro seco, fica armazenado em silos verticais durante um determinado perodo para que se tenha uma migrao da umidade para a superfcie do gro e a mesma se estabilize. Em seguida o gro novamente seco at a umidade desejada e s ai armazenado. II.2. Pr-limpeza: Dependendo do teor de impurezas presentes na semente, torna-se necessria a pr-limpeza antes da armazenagem, a fim de proteger os equipamentos da ao erosiva de areia e pedras, e eliminar contaminantes (por exemplo, sementes de gramneas) que possam prejudicar a qualidade do produto. tambm necessrio remover os gros quebrados para evitar aquecimento durante a armazenagem, decorrente da oxidao. A pr limpeza feita nas denominadas peneiras catadoras de pedras (por diferena de peso) e nas peneiras classificadoras (por diferena de tamanho). II.3. Preparao: A preparao da semente para a extrao pode variar bastante em funo da matria-prima. Vamos descrever o processo utilizado para soja em vista da relevncia atual desta matria-prima. A soja passa inicialmente por moinhos quebradores (similares aos utilizados para moagem de trigo), onde reduzida, na primeira passagem a 1/2 gro, e na segunda passagem a 1/4 de gro. Quando se deseja produzir um farelo de alto teor protico (HIPRO) ou para preparar o farelo para a produo de protena isolada de soja, feita a separao de casca entre a primeira e segunda quebra, atravs de separadores por aspirao tipo cascata e novamente, aps a segunda quebra, uma nova separao de casca. A seguir, a soja quebrada passa por uma peneira com aspirao, onde so separados os finos (p) e a casca residual (por aspirao). O gro partido posteriormente aquecido em cozinhadores at 60o Celsius e aps, laminado em lminas com espessura de 0,2 mm. Este material j pode ser enviado etapa de extrao. 5 6. Para melhorar a capacidade de extrao por solvente, utilizada a tcnica de expandir a massa laminada. Isto feito com a utilizao de um expansor de gro, baseado no equipamento da Andersen (desenvolvido inicialmente para gemem de milho). O equipamento consta basicamente de uma rosca extrusora com injeo de vapor. Esta rosca comprime a massa laminada contra uma placa perfurada, promovendo uma compactao seguida de expanso, transformando os flocos em pellets esponjosos. Esta massa tem maior densidade aparente e maior capacidade de percolao, aumentando pois a capacidade do extrator. A massa a seguir seca e resfriada at a temperatura de 50o Celsius. II.4. Extrao Propriamente Dita: II.4.1. - Extrao por solvente: A extrao por solvente composta de: Unidade de extrao de leo com solvente (hexana); Unidade de evaporao do solvente da miscela (= leo + solvente); Unidade de dessolventizao do farelo; Unidade de condensao de hexana; Unidades complementares. a.) Unidade de Extrao: Atualmente as unidades de extrao trabalham todas de forma contnua. Constam basicamente de uma tela filtrante sob a qual depositada a massa, chuveiros de hexana/miscela na parte superior, e receptores na parte inferior para coleta da miscela. Os mais comuns atualmente so do tipo esteira contnua, com ou sem caambas (Lurgi, De Smet, Crown), ou do tipo Rotocel/Carrossel (EMI, Krupp, French). Para melhor efeito de extrao, a miscela segue em contra corrente com a massa, ou seja, a miscela mais concentrada lava a massa com maior teor de leo. A miscela com baixa concentrao lava a massa com menor teor de leo, sendo que a massa sada do extrator lavada com hexana pura. O farelo no deve conter mais que 1% de leo aps a extrao. 6 7. b.) Unidade de Evaporao: A miscela concentrada passa pela unidade de evaporao, onde feita a separao do leo da hexana. constituda de evaporadores tubulares verticais aquecidos a vapor. c.) Unidade de Dessolventizao: O dessolventizador tem por finalidade eliminar toda a hexana absorvida pelo farelo, tostar o farelo de forma a diminuir sua atividade uretica, e finalmente resfri-lo, estabilizando sua umidade (na faixa de 12%). composto por diversos estgios sobrepostos, por onde o farelo passa em fluxo descendente ou em unidades separadas. Os estgios so dotados de camisa de vapor e fundos duplos, nas etapas de dessolventizao, tostagem e secagem, alm da injeo de vapor vivo e de injeo de ar frio na etapa de resfriamento. A passagem entre estgios feita atravs de bocais, e a movimentao interna por eixo dotado de raspadores em todos os estgios. O processo controlado de forma a evitar que o excesso de temperatura prejudique a qualidade do farelo, diminuindo o ndice de protena dispersvel (IPD). d.) Unidade de Condensao de Hexana: Compe-se de condensadores tubulares resfriados gua (ou a ar), que tem por funo recuperar a hexana evaporada nos estgios de evaporao e dessolventizao. A aspirao dos gases provenientes do extrator e do dessolventizador feita por sistema de vcuo por ejetores a vapor situados aps a unidade de condensao. O consumo de hexana no processo no deve superar 1 litro/ton. de soja. 7 8. FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO DO PROCESSO DE EXTRAO DIRETA 1 - Secagem 2 - Armazenagem 3 - Pr-limpeza 4 - Moinhos quebradores 5 - Condicionador 6 - Laminador 7 - Extrator 8 - Dessolventizador tostador 9 - Destilao 10 - Degomagem 8 Anti espumante 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9. II.5. Unidades Complementares: Com a finalidade de melhorar a qualidade do leo, existem unidades complementares extrao, como por exemplo as sees de filtrao de miscela e degomagem do leo bruto. A filtrao de miscela tem por finalidade eliminar as farinetas que passam pelo piso ou esteira filtrante do extrator e ficam na miscela. Estas farinetas, durante a evaporao, se incrustam nos evaporadores o que dificulta o processo tornando necessrio o aumento da temperatura dos mesmos. Isto, alm de dar cor mis intensa ao leo, faz com que a qualidade tanto do leo como da lecitina seja piores. A degomagem tem por finalidade a extrao da lecitina do leo. A lecitina um agente emulsificante que prejudica a qualidade do leo e dificulta o processo de refinao do mesmo. Sua separao feita por hidratao com gua quente e separao por centrifugao sendo que o leo degomado deve ser seco a vcuo e resfriado para armazenagem ou transporte. A lecitina extrada pode ser adicionada ao farelo ou seca em evaporadores de tambor rotativo ou de superfcie raspada para utilizao comestvel ou farmacutica. O teor de gomas no leo, aps degomagem, deve situar-se na faixa mxima de 10 a 15 p.p.m., dependendo do teor de fosfatdeos no hidratveis contidos no leos Nota: Em vista do trabalho com hexana na extrao, extremamente importante o aspecto de segurana na planta, que deve ser levado em conta em todas as fases, do projeto operao. III. Processamento atravs de pr prensagem O mtodo clssico de extrao direta por solvente utiliza moinhos quebradores de eixo flutuante e moinhos laminadores para o pr tratamento antes da extrao. Adicionalmente expanders so integrados ao processo de pr tratamento de forma a obter-se um aumento de capacidade de produo na planta. A aplicao de expander melhora a percolao do material no extrator e reduz a reteno de hexana aps a extrao. 9 10. Alm disso, vapor direto que injetado no expander deve ser condensado e subseqentemente eliminado. Isto requer considervel consumo de energia e custos, que devem ser avaliados. Alto contedo de gua na extrao pode resultar em alto contedo de leo no farelo. Para sementes com alto teor de leo como girassol, algodo, canola, oliva, utilizado o processo de pr prensagem onde boa parte do leo extrado mecanicamente. Mesmo para a soja este processo pode ser utilizado apesar da pouca quantidade de leo que extrada nesta etapa. A semente alimentada na prensa foi previamente limpa e pode ser aquecida a temperatura de 80oC. Na mquina a presso e as foras do trabalho mecnico pr tratam de tal forma que a extrao por solvente que se segue reduz o contedo de leo para um valor mnimo. Alm disso uma parte significativa do leo extrada mecanicamente no pr tratamento o que favorece os resultados do pr tratamento mecnico da semente. O processo no adiciona vapor na mquina. Pelo trabalho mecnico a semente que alimenta a mquina aquecida e portanto a torta deve posteriormente ser resfriada a cerca de 60o C para que no produza evaporao de hexana no extrator. A geometria da rosca da prensa faz com que o produto conformado na sada da mquina tenha uma grande superfcie. Uma parte da umidade presente nos gros de soja evaporada por descompresso na sada da rosca de forma que os poros das clulas so abertos para a subsequente extrao por solvente. A temperatura da semente alimentada na mquina decisiva para o consumo de potncia (consumo especfico por tonelada). Se a torta for usada como rao para aves (com alto teor de leo sem se efetuar a extrao por solvente), a atividade uretica deve ser reduzida antes da prensa. A maior temperatura resultar tambm num menor consumo especfico de potncia. Se a prensa for utilizada como unidade de preparao substituindo os moinhos quebradores e laminadores, a semente deve ser alimentada levemente aquecida de forma a criar altas foras de cizalhamento e atingir um melhor grau de preparao. 10 11. FLUXO DE MATERIAL PARA PROCESSAMENTO EXTRAO DIRETA PR PRENSAGEM 11 EXTRAO DIRETA EXTRAO AO DESSOLVENTIZADOR EVAPORAO DE MISCELA PR PRENSAGEM AO DESSOLVENTIZADOR EVAPORAO DE MISCELA EXTRAO PRENSA hexana material slido leo gua DECANTER HEXANA PREPARAO 12. DECANTERS PARA A CLARIFICAO DE LEOS DE PRENSAGEM I. Sistema de tratamento para leos de prensagem Em plantas modernas a extrao continua de leos de sementes consiste normalmente de uma combinao de prensagem e extrao por solventes. As sementes so inicialmente prensadas ate um certo teor de leo e a seguir extrado por solvente at um teor residual de aproximadamente 1% de leo no farelo. A aplicao do decanter para clarificao do leo de prensagem atinge os objetivos de operao contnua e alta economia. Instalaes de decanter para clarificao do leo de prensagem cumprem sua tarefa de forma mais simples que instalaes com filtros. Caractersticas das instalaes com decanter Esta instalao para clarificao de leo de prensagem com descarga contnua de slidos oferece as seguintes vantagens: Alta economia Reduo do volume de resduo a ser disposto Economia de espao de estocagem para o bolo do filtro Baixos custos de operao e manuteno Drstica reduo no espao requerido quando da aplicao dos decanters Menores perodos de retorno de investimento Efeito de auto limpeza devido a descarga contnua de slidos Operao simples Trabalho e custos de limpeza desnecessrios Rpido ajuste dos parmetros da mquina em caso de alteraes de produto e processo Modo de operao contnuo e automtico II. Extrao e clarificao de leos de prensagem Viso geral do processo A extrao do leo das sementes normalmente feita em dois estgios: as sementes so inicialmente pr-prensadas seguido da extrao do leo residual da torta. Aps descascamento, quebra e condicionamento, a semente oleaginosa continuamente transportada para a prensa de operao continua. 12 13. EXTRAO POR PRENSAGEM E CLARIFICAO DO LEO DE PRENSAGEM 13 (*) torta enviada para a extrao por solvente (**) material slido retornado para o condicionador peneira silo moinho quebrador condicionador prensa tela vibratria trocador de calor trocador de calor tanque de reteno decanter trocador de calor secador sistema de vcuo slidos do decanter ** leo seco torta * slidos ** gua quente 14. O leo extrado na prensa inicialmente pr clarificado em uma tela vibratria. O material separado na tela (grosso) pode ser reenviado a prensa ou adicionado aos slidos do decanter. Para facilitar a separao das impurezas remanescentes vantajosa a adio de gua quente. O volume depende basicamente do teor de slidos do lquido que passou pela tela. aproximadamente de 1% da vazo da bomba. A temperatura da gua a ser adicionada deve ser de aproximadamente 95 graus centgrados. A bomba, com variao contnua de velocidade, protegida contra desgaste envia a mistura ao trocador de calor. Aqui a mistura aquecida a uma temperatura de no mnimo 95 graus atravs de vapor. A mistura pr-tratada enviada ao tanque de contato. A adio previa de gua ajuda a separao dos slidos finos que ento podem ser separados a seguir no decanter. Os slidos separados so normalmente transportados atravs de um transportador tipo rosca sem fim para a extrao por solvente. O teor residual de slidos no leo clarificado inferior a 0,5 % em volume. Afim de reduzir o contedo residual de gua, a fase do leo clarificado enviada sob presso em sistema fechado, atravs de um trocador de calor ao secador a vcuo. A secagem do leo para subsequente estocagem recomendada afim de prevenir a ps-separao das gomas residuais e o aumento excessivo da acidez. III. Mquinas e equipamentos para a clarificao de leos de prensagem DECANTERS O decanter uma centrfuga horizontal com transportador tipo rosca, com tambor cilindrico-cnico de parede fixa, para a separao contnua de slidos em suspenso. O produto a ser processado entra na cmara de separao do tambor atravs do tubo central de alimentao; ento acelerado at a velocidade de operao. A fora centrfuga faz com que as partculas solidas se depositem na parede do tambor em um tempo muito curto. O tambor tem uma forma cilindrico-cnica. Esta forma foi escolhida pois a seo cilndrica bastante adequada para a clarificao do lquido e a seo cnica do tambor adequada a secagem dos slidos. A rosca sem fim gira a uma velocidade que ligeiramente superior a velocidade do tambor e transporta continuamente os slidos separados para a extremidade mais estreita do tambor. Devido a forma cnica do tambor, os slidos so 14 15. separados do lquido e todo lquido do slido removido quando os slidos passam pela "zona de secagem" que no est em contato com o lquido. Os slidos so finalmente descarregados na cmara de coleta da carcaa atravs de aberturas no fundo do tambor. O lquido flue atravs das espirais da rosca at a outra extremidade do tambor (em contra corrente). As impurezas leves, ainda remanescentes no lquido, so separadas por forca centrifuga no momento em que passam pela "zona de clarificao" e ento transportadas pela rosca aos "orifcios de descarga de slidos" juntamente com os slidos coletados na regio de admisso. O lquido clarificado descarregado da cmara de separao atravs de um disco de regulagem intercambivel. O lquido coletado por um rodete (bomba centrpeta) que mergulha no lquido em rotao em uma cmara separada do tambor e descarrega o lquido sob presso. A capacidade do decanter depende da facilidade com que o produto pode ser clarificado, da concentrao de slidos contidos no produto, da umidade residual requerida na descarga de slidos e o contedo mximo permissvel de slidos no lquido clarificado. A mquina pode ser ajustada para atingir o melhor das condies requeridas. O decanter acionado por um motor trifsico de baixo nvel de rudo. Um acoplamento hidrulico ajustvel reduz a corrente de partida. Correias so utilizadas para a transmisso de potncia. A rosca acionada atravs de correias e engrenagem tipo ciclo (ciclo-redutor). O sistema de monitorizao do ciclo-redutor de acionamento assegura operao livre de qualquer problema. O acionamento (motor e acoplamento) instalado no decanter de forma compacta: tambm isolado contra vibraes. Um tipo diferente de acionamento utilizado dependendo do tipo de decanter e do tipo de aplicao. Isto pode ser ilustrado atravs de dois exemplos: O decanter com rosca de acionamento hidrulico disponvel como verso especial. Esta verso e recomendada quando uma concentrao uniforme de slidos deve ser atingida na fase de descarga de slidos em conjunto com flutuaes de produo. Com sistema de duplo acionamento o motor principal aciona o tambor e a carcaa do ciclo-redutor primrio. Um ciclo-redutor secundrio adicional e um motor secundrio permitem medio automtica do torque e controle da velocidade diferencial. 15 16. Este tipo de acionamento recomendado: Se a umidade residual na descarga de slidos do decanter deve ser mantida num valor mnimo. Se a instalao deve trabalhar prximo do valor mximo da capacidade de descarga de slidos em conjunto com mnima velocidade diferencial. Se um contedo uniforme de slidos na descarga deve ser atingido em conjunto com flutuaes de produo. Se uma capacidade de produo maior que a conseguida com acionamento standard do decanter deve ser atingida. Dados da mquina: A escolha do desenho mais adequado do tambor depende da caracterstica do produto, da eficincia requerida de clarificao, do grau de secagem e da capacidade de produo. Os seguintes fatores afetam a operao dos decanters: Velocidade do tambor Desenho do tambor (cone reto, tambor de cone escalonado) Desenho da rosca (passo e nmero de fios) Velocidade diferencial Ajuste do dimetro do disco de regulagem (zona de secagem longa ou curta) Zona de alimentao (deslocamento do tubo de alimentao). DECANTER CLARIFICADOR 1 - Alimentao de produto a ser clarificado 2 - Sada da fase leve (lquida) 3 - Sada da fase pesada (slida) 16 TAMBOR ROSCA 1 2 2 3 3 17. 17 18. SECADOR A VCUO Sistemas de secagem encontram aplicao na evaporao da umidade residual do leo de prensagem clarificado. O corao da planta um secador de filme fino em que o leo a ser seco flue atravs de uma vlvula de contra presso. Esta vlvula fecha imediatamente quando cessa o fluxo de leo, afim de prevenir a queda do vcuo no secador. Afim de facilitar a evaporao otimizada da umidade do leo, o mesmo flue em filme fino atravs de diversas cascatas. O leo seco descarregado do secador atravs de uma bomba auto escorvante em que parte do fluxo reciclado. O secador equipado com visor para inspeo visual do nvel de leo. O vcuo produzido ou por um sistema de vcuo multi-estgio a vapor com condensador de contato direto ou por bomba de vcuo de anel lquido com pr-condensador de superfcie. Caractersticas: Operao contnua Evaporao otimizada da umidade residual No h oxidao. IV. Clarificao de leo de palma O leo de palma extrado de cachos de frutos frescos da palmeira existente principalmente na Malsia, frica e Amrica do Sul. A tecnologia de esmagamento envolve esterilizadores, digestores e prensas de rosca helicoidal. Nos ltimos anos novas tecnologias baseadas em decantadores centrfugos tem sido introduzidas com o propsito de aumentar a tecnologia de extrao no que diz respeito a eficincia, qualidade , simplicidade e poluio. Com a introduo do processo de clarificao direta o estgio de clarificao foi simplificado e adicionalmente a quantidade de gua efluente reduzida assim como a DBO (demanda bioqumica de oxignio) do efluente drasticamente reduzida. VANTAGENS DO PROCESSO DE CLARIFICAO DIRETA O novo sistema oferece as seguintes vantagens: 1. Economia na operao e manuteno dos separadores de lodo visto estes no serem necessrios. 2. Reduo do tamanho do estgio de clarificao (economias no investimento em edificaes e estruturas). 18 19. 3. Reduo em geral dos slidos orgnicos no efluente. A DBO reduzida por exemplo de 30.000 para 10.000. A quantidade de lodo em kg drasticamente reduzida. Portanto uma significativa reduo no investimento em tratamento de efluentes da planta pode ser esperada. 4. Operao simples no estgio de clarificao pois no so necessrios tanques de decantao. 5. No necessrio gua de diluio no estgio de clarificao. 6. Diminuio das perdas por no necessidade de limpeza dos separadores. 7. tempo de contato entre o leo de palma quente e o ar/gua reduzido, o que evita o aumento da acidez. DESCRIO DO SISTEMA Embora diferentes configuraes sejam possveis, nossa experincia e discusses com os maiores consultores sobre leo de palma e tcnicos de esmagamento resultaram no processo descrito abaixo. Veja descrito no fluxograma anexo: leo bruto vindo da prensa passa atravs de uma tela vibratria de onde bombeado atravs de um hidrociclone separador de areia para o decanter de 3 fases. decantes separa o leo bruto em leo e lodo e aos mesmo tempo remove uma quantidade substancial de slidos. leo purificado em centrifugas auto limpantes na forma usual e em seguida seco a vcuo e enviado aos tanques de estocagem. No lodo apenas uma quantidade insignificante de leo transferido para o sistema de tratamento de gua efluente passando antes por um tanque de segurana (para recuperar eventuais perdas de leos de vazamentos ou limpeza da planta). Os slidos (torta) transportada e adicionada ao resduo slido da extrao para disposio. DECANTER WESTFALIA Os modelos Westfalia mais utilizados para leo de palma so: para 15 a 20 ton/h de cachos frescos para 30 a 40 ton/h de cachos frescos As caractersticas dos decanters Westfalia permitem que os mesmo mantenham alta eficincia mesmo em baixas velocidades. Graas a isto, graas a sua construo reforada e proteo contra desgaste garantido um longo tempo de trabalho de 10 a 20 mil horas entre manutenes gerais. A proteo contra desgaste do tipo soldado o que permite ser feito o reparo das roscas localmente. 19 20. Adicionalmente os decanters Westfalia podem ser fornecido com sistema de duplo acionamento o que faz com que o equipamento possa operar com maior eficincia em qualquer circunstncia. DESEMPENHO DOS DECANTERS WESTFALIA Lodo de sada do decanter contem menos de 1% de leo o que significa que as perdas de leo sejam inferiores a 0,5% com base na capacidade em cachos de frutos frescos. Reduo do contedo de slidos na fase aquosa maior que 50%. A torta contm menos que 80% de gua e menos que 2% de leo (menos que 10% base seca) o que significa menos de 0,15% com base na capacidade em cachos de frutos frescos. A capacidade de cada decanter suficiente para cobrir uma vazo de at duas vezes a vazo nominal ou seja, um decanter pode substituir duas mquinas se eventualmente necessrio, no trabalho com eficincia reduzida. Isto significa que a plena capacidade de esmagamento pode ser mantida mesmo quando um dos equipamentos esteja em manuteno. CLARIFICAO DE LEO DE PALMA 20 Cachos de frutos tanque intermedirio hidrociclone tela vibratria decanter leo clarificado (para a secagem) gua slidos areia slidos areia gua leo tanque aquecedor 21. 21 centrfuga clarificadora 22. QUALIDADE DA MATRIA PRIMA A concentrao de impurezas do leo bruto, assim como a dificuldade de sua remoo dependem da qualidade da matria prima oleaginosa, das condies de estocagem da semente, das condies de extrao e das condies de estocagem do prprio leo bruto. De um modo geral, a deteriorao oxidativa do leo na semente evolui de forma paralela a sua degradao. Ambos os fenmenos so provocados por atividade enzimtica que intensificada em determinadas condies de manuseio e estocagem de matria prima. o que acontece por exemplo com umidade acima de 13% em temperatura elevada. Da mesma forma, gros avariados e quebrados aumentam a atividade enzimtica prejudicial qualidade do leo. Como resultado o leo bruto apresentar elevada acidez livre, elevados ndices oxidativos e elevado contedo de gomas no hidratveis. Um leo bruto com estas caractersticas difcil de ser degomado. O leo refinado resultante pode ter sua qualidade comprometida, especialmente a estabilidade. Em casos mais extremos de deteriorao, so necessrias condies mais enrgicas de refinao que podem compensar apenas parcialmente a qualidade inferior do leo bruto, com as correspondentes perdas adicionais de refino. Tambm as condies climticas desfavorveis podem levar a colheita de soja imatura: o leo bruto correspondente se caracteriza por um alto contedo de ferro, clorofila e cidos graxos oxidados e muito difcil de ser degomado. As impurezas contaminantes da soja gramneas em geral tambm contribuem para o aumento das impurezas do leo bruto, particularmente a clorofila e produtos de oxidao. O quadro abaixo apresenta um resumo dos vrios fatores acima mencionados que influem na qualidade do leo bruto. FATORES Aumento de: Impurezas produtos de oxidao, clorofila Gros imaturos clorofila, ferro Gros avariados ou quebrados (carga, transporte, descarga) acidez, gomas no hidratveis, produtos de oxidao Estocagem (tempo, temperatura, umidade) acidez, gomas no hidratveis, produtos de oxidao 22 23. PLANTA PARA EXTRAO DE LEO DE SOJA 1. Introduo A planta descrita neste captulo (ver Fig. 1) projetada para produzir leo bruto, farelo de alto teor protico, lecitina bruta e cascas torradas de soja O leo de soja bruto fornecido a refinarias; o leo refinado usado na culinria, saladas e em margarinas, maionese e gorduras. Farelo de alto teor protico fornecido para fabrica de raes e utilizado em rao animal. Farelos de alto ndice de protena dispersvel e baixa contaminao bacteriolgica podem ser usados para produo de protena texturizada, concentrada ou isolada que so formuladas em alimentos para consumo humano. A lecitina utilizada como emulsificante em margarinas, chocolates, biscoitos, achocolatados e outros produtos. Cascas so vendidas para fbricas de raes e incorporadas como fibras em raes. 2. Tamanho do mercado O consumo anual de leo de soja se situa entre 26 kg/capita nos Estados Unidos, 17 kg/capita no Brasil, at 6 kg/capita na China. (A produo de soja nos Estados Unidos na safra 93/94 foi de quase 50 milhes de toneladas e o consumo de leo de aproximadamente 6 milhes. A produo de leo de soja no Brasil neste mesmo perodo foi de pouco mais de 24 milhes de toneladas). 3. Consideraes Econmicas Uma planta de extrao de leo com capacidade de 2.000 ton/dia tem um custo operacional de aproximadamente US$15/ton; representa um alto custo de investimento, pois requer que todo o equipamento eltrico seja a prova de exploso devido aos vapores altamente explosivos de hexana, sempre presentes na rea de processo. Todos os equipamentos devem atender a NFPA Classe II, Diviso 1 ou NP65 Standards. O custo dos equipamentos apresentado na Tabela 2. A planta requer operadores treinados e um bom sistema de controle para minimizar o perigo do uso do solvente (hexana) e para garantir que os consumos e garantias necessrios operao econmica da planta e custo de produo sejam atingidos. 23 24. Os pontos chave que afetam a lucratividade na operao so: - preo da soja - custo do transporte - preo da eneregia eltrica - custo do combustvel - custo da hexana As utilidades requeridas so leo combustvel, gua e energia eltrica, como mostrado na Tabela 3. O processo gera 2.000 m3 de efluente lquido por dia, a 50o C. A gua se apresenta com cor acastanhada e pode conter 100 mg/l de slidos em suspenso, 50 mg/l de leo e 500 mg/l de DBO5. Este efluente tratado no sistema de tratamento de gua includo no projeto. Tabela 1. Custo da planta Edificaes e instalaes auxiliares* 10.000.000 Instalaes de estocagem 15.000.000 Equipamentos e instalaes equipamentos (custo CIF) 8.100.000 Fretes 100.000 montagem mecnica 400.000 instalaes hidrulicas 800.000 instalaes eltricas 600.000 Detalhamento do projeto fluxogramas e lay-out de equipamentos 400.000 especificaes e desenhos eletromecnicos 250.000 comissionamento e treinamento 150.000 engenharia civil e gerenciamento da construo 50.000 gerenciamento do projeto 150.000 Custo total da planta, exceto terreno 36.000.000 *Incluindo: subestao eltrica, tratamento de gua, gerador de vapor, tratamento de efluentes, estocagem de combustvel, oficinas de manuteno, laboratrio de controle de qualidade. O custo dos equipamentos principais (US$ 8.100.000) est descrito e valorizado individualmente na tabela 2, apresentada a seguir. 24 25. Tabela 2. Custo dos equipamentos Item Equipamento Preo US$ 1 tombador de caminhes 150.000 2 secagem 900.000 3 pr-limpeza 900.000 4 ressecagem 700.000 5 limpeza 150.000 6 quebra 150.000 7 descascamento 800.000 8 condicionamento 150.000 9 laminao 500.000 10 extrao 700.000 11 recuperao de solvente 650.000 12 dessolventizao/secagem/resfriamento 700.000 13 peletizao de farelo 400.000 14 carregamento a granel de farelo 150.000 15 degomagem do leo 300.000 16 secagem de lecitina 250.000 17 equipamento de transporte 200.000 Total F.O.B. 7.750.000 Frete at porto de embarque + containers 100.000 Frete martimo e seguro 250.000 Total CIF no destino 8.100.000 Os custos mais elevados de operao so os relativos prpria soja e ao leo combustvel como mostrado na Tabela 4. A planta requer uma construo de aproximadamente 3.000 m2 , e um terreno no urbano de aproximadamente 50.000 m2 . 4. Impacto social Esta planta ir empregar na rea produtiva cerca de 63 pessoas: 30 operadores no especializados 6 operadores especializados 13 mecnicos e eletricistas de manuteno 3 tcnicos de controle de qualidade 9 supervisores 1 gerente 1 superintendente mais o pessoal administrativo e de contabilidade requerido pela empresa. 25 26. 5. Bases do projeto da planta Esta planta foi projetada para processar 2.000 ton de soja/dia contendo 18% de leo, 12% de umidade, 15% de gros danificados. Ir produzir 1.600 ton/dia de farelo com 44% de protena ou 1.440 ton/dia de farelo com 49% de protena ou o equivalente a 1.200 ton/dia de protena concentrada a 85%, 340 ton de leo bruto de soja, 14 ton de lecitina bruta, 160 ton de cascas. Tabela 3. Utilidades Item Equipamento gua Combustvel Solvente Energia m3 /h (leo) (hexana) (eltrica) 20o C MJ/h kg/h kWh 1 caldeira 60,0 66.500 2 torre resfriam. 3 extrao 100 4 processo 0.8 Total 60,8 66.500 100 2.500 Tabela 4. Custos de operao - Base: 7.200 horas por ano; capacidade anual de processamento de 600.000 ton. de soja. Item Consumo por hora Custo $ / ano Custo $ / ton soja soja 83,4 t 144.000.000 240 combustveis 66.500 MJ 4.800.000 8,0 energia eltrica 2.500 kW 1.800.000 3,0 gua 60 m3 432.000 0,7 hexana 100 kg 216.000 0,3 peas de manuteno 600.000 1,0 tratamento efluente 500.000 0,8 materiais auxiliares 320.000 0,5 mo de obra 1.800.000 3,0 Total de custos diretos de operao 154.468.000 257,3 6. Descrio do processo Esta planta para processamento de soja consiste das seguintes etapas: 1. Sistema de descarga de caminhes 2. Sistema de estocagem para 90 dias de esmagamento com a planta operando a 90% de sua capacidade mxima. Isto inclui secagem, pr-limpeza, ressecagem e limpeza. 3. Equipamento de preparao: quebra, descascamento, condicionamento e laminao. 26 27. 4. Equipamentos de extrao para produzir leo bruto e farelo por extrao por solvente e recuperao do solvente para re-uso. 5. Tratamento e equipamento para carregamento a granel e/ou ensaque de farelo peletizado. 6. Equipamento para degomagem do leo bruto, incluindo secagem de lecitina e secagem e resfriamento do leo degomado. A soja recebida na planta removida dos caminhes atravs de um tombador para uma moega de recepo. Desta, a soja transferida para um silo pulmo do qual os gros so levados a uma seo de pr-limpeza onde as impurezas so removidas. Subseqentemente, as sementes so secas, se necessrio, antes de serem transferidas aos silos de estocagem. A soja vinda dos silos ou: a) seca e aquecida, se forem descascadas para obter- se farelo de alta protena, ou b) diretamente enviada preparao. Na seo de preparao a soja pesada e limpa em separadores gravimtricos, por peneiramento e removidas as partculas metlicas atravs de separador magntico. No caso da produo de protena para uso humano, os gros quebrados so removidos por equipamento especfico e transferidos para silo intermedirio de forma a ser processado posteriormente para rao animal . Em seguida, os gros so quebrados em moinhos de rolos estriados. Na produo de farelo de alta protena, as cascas so separadas dos gros aps a quebra por meio de separadores por aspirao, e as cascas, aps modas, so enviadas a uma seo de tostagem, resfriadas e transportadas a um silo de casca. A soja descascada condicionada e laminada. No processo de extrao, o leo extrado da soja laminada em um extrator contnuo por percolao, usando hexana como solvente. A soluo de leo em solvente, chamada miscela gorda, ento transferida a um sistema de recuperao de solvente, no qual o solvente removido, deixando o leo totalmente livre do mesmo; os vapores de solvente so condensados e retornam ao processo. O farelo com solvente enviado ao sistema de dessolventizao no qual ou por aquecimento com vapor direto e indireto ou por flasheamento e tratamento a quente sob vcuo, o solvente removido do farelo. Durante a dessolventizao o ndice de protena dispersvel controlado. O farelo dessolventizado seco e resfriado e transferido para a seo de tratamento onde modo, estocado em silos e finalmente ensacado e embarcado. 27 28. O leo bruto misturado com uma determinada percentagem de gua quente para flocular os fosfatideos, que so a seguir removidos em uma centrfuga; o leo ento seco e resfriado e transferido ao tanque de estocagem de leo. A lecitina bruta separada seca, sob vcuo e aquecimento suave e ento resfriada e embalada em lates ou tambores. Fig. 1 Fluxograma de processo 28 29. DEGOMAGEM OS DIFERENTES PROCESSOS DE DEGOMAGEM A maior parte dos leos contem fosfolipdeos, tambm conhecidos como fosfatdeos ou simplesmente gomas. Estes fosfatdeos so excelentes agentes emulsificantes e tambm aumentam as perdas durante o processo de refino. Os fosfatdeos tambm esto ligados com parte dos metais existentes no leo bruto. Por esta razo, ambos os constituintes, gomas e metais, so responsveis pela baixa estabilidade dos leos desodorizados ou refinados fisicamente. Existem dois tipos de gomas, as hidratveis e as no hidratveis. Os diferentes tipos de leos e gorduras contm quantidades variveis de fosfolipdeos. Alguns leos com seus contedos tpicos de gomas so listados na tabela 1. Quando da determinao do contedo de fosfatdeos, analisado o contedo de fsforo no leo e expresso em ppm. Este valor multiplicado pelo fator 25,4 nos d o contedo de fosfatdeos no leo. Este fator derivado da relao entre o peso especfico do fsforo e dos fosfatdeos. Tipo de leo Fosfatdeos (ppm P) leo de soja 700 - 1000 leo de canola 450 - 500 leo de milho 250 - 300 leo de girassol 300 - 1000 leo de arroz 450 - 700 leo de palma 20 - 30 A composio tpica dos fosfatdeos do leo de soja bruto mostrada na tabela 2. Fosfolipdeo Porcentagem Fosfaditil colina (PC) 22 Fosfaditil etanolamina (PE) 23 Fosfaditil serina (PS) 2 Fosfaditil inositol (PI) 20 cido fosfatdeo (PA) 5 Fitoglicolipdeos (PGL) 13 Outros fosfolipdeos 15 Os fosfatdeos hidratveis podem ser facilmente removidos pela adio de um volume de gua equivalente ao volume de gomas. As gomas hidratveis so insolveis no leo e podem ser separadas. 29 Tabela 1: Contedo tpico de gomas de alguns leos brutos. Tabela 2: Composio dos fosfatdeos (sem o leo) para leo de soja. 30. Os fosfatdeos no hidratveis so sais de ferro, sdio e magnsio do cido fosfatdico e somente podem ser condicionados a uma fase hidratvel e portanto insolvel no leo, por tratamento com um cido concentrado. O contedo de gomas no hidratveis muito diferente nos diversos leos e tambm depende da qualidade das sementes das quais o leo foi extrado. O contedo de fosfatdeos no hidratveis cresce, por exemplo, durante a estocagem nas sementes danificadas ou midas. Dependendo do mtodo de refino aplicado, diferentes mtodos de degomagem so utilizados. O refino fsico, em particular, requer quase 100% de remoo dos fosfatdeos. Por este motivo, alguns processos, bastante complicados foram desenvolvidos. Em seguida sero descritos os diferentes processos que podem ser oferecidos pela Westfalia. 1 . DEGOMAGEM COM GUA A degomagem com gua a forma mais simples de reduo de fosfatdeos. Entretanto, apenas as gomas hidratveis podem ser removidos com este mtodo. Se o leo for a seguir refinado quimicamente, este processo normalmente adequado pois os fosfatdeos no hidratveis so removidos com a borra durante a neutralizao dos cidos graxos livres com soda custica. Complementarmente, a degomagem com gua deve sempre ser aplicada se a lecitina deve ser recuperada o que o caso normal do leo de soja. 30 leo bruto gua quente leo degomado gomas Fig, 1 Instalao de degomagem com gua 31. A figura 1 uma ilustrao esquemtica de uma instalao contnua de degomagem com gua. O leo bruto que pode ser um leo somente de extrao ou uma mistura de leo de prensagem e extrao, inicialmente aquecido at a temperatura tima de processo. Aqui um compromisso deve ser atingido com respeito temperatura tima de degomagem e de separao. Uma baixa temperatura ir produzir uma melhor degomagem, mas, a custa de maiores perdas de leo nas gomas. A uma alta temperatura as perdas sero reduzidas, mas mais gomas permanecero em soluo e no sero separadas no processo. A temperatura tima de processo demonstrou ser na faixa de 70 a 80o C. Um volume de gua quente correspondente ao contedo de gomas adicionado ao leo aquecido e de e ser intensivamente misturado com o leo. A Westfalia Separator desenvolveu um misturador centrfugo para esta finalidade com excelentes resultados. Ele mistura to intensamente que ocorre a hidratao expontnea dos fosfatdeos como resultado da fina disperso da gua no leo. Por esta razo, o tanque de hidratao mostrado na figura 1 entre o misturador e o separador no normalmente requerido. Se solicitado pelo cliente, ou se for utilizado um misturador menos intensivo, o tanque com agitao pode ser utilizado com um tempo de residncia de aproximadamente 10 a 30 minutos. As gomas hidratadas, uma pasta muito viscosa, agora separada do leo em um separador de pratos. Modernamente so aplicadas centrfugas auto limpantes, que, se dotadas de sistema clean-in-place, praticamente nunca necessitam de limpeza manual. Esta mquina oferece ainda a vantagem de que os slidos separados no tambor podes ser descarregados separadamente das gomas atravs das descargas parciais. Isto uma vantagem se as gomas devem ser secas e vendidas como lecitina, pois sero mais puras e portanto mais valiosas. Se as gomas forem adicionadas ao farelo no tostador, centrfugas de parede fixa sero uma soluo mais econmica. Fornecendo um leo de boa qualidade com no mais de 0,1% de slidos, estas mquinas podem funcionar por 1 a 2 semanas antes de ser necessria a limpeza manual. As gomas viscosas arrastam a maior parte dos slidos com elas. Se o leo degomado for para venda ou estocagem, recomendado a secagem do mesmo. Aps a separao, o contedo de gua pode ainda chegar a 0,3 - 0,4% o que pode resultar numa subsequente hidratao de parte das gomas durante um longo perodo de estocagem. Com a degomagem aquosa somente os fosfatdeos hidratveis podem ser removidos. No possvel remover os no hidratveis. Como j foi mencionado, seu contedo depende da qualidade do leo bruto, no possvel definir ou prever o contedo absoluto do residual de gomas no leo degomado. No caso do leo de soja ele ir flutuar entre 80 e 250 ppm de fsforo. O primeiro nmero, porm, somente atingvel com leo de sementes de primeira linha, 31 32. como o encontrado normalmente na Amrica do Norte e tambm na Amrica do Sul. A tabela 3 mostra alguns leos com seu contedo tpico de gomas aps a degomagem com gua. Estes dados se baseiam em refinarias europias. Tipo de leo Fosfatdeos (ppm P) leo de Soja 150 - 200 leo de colsa 150 - 200 leo de girassol 80 - 120 2. DEGOMAGEM CIDA Como mencionado anteriormente, somente os fosfatdeos hidratveis podem ser removidos com instalaes de degomagem com gua. Se quisermos remover tambm gomas no hidratveis, estas devem ser condicionadas para uma forma hidratvel. Isto significa que os complexos metal/fosfatdeo so cindidos atravs de cidos em sais metlicos insolveis em leo e cido fosfatdico. O cido fosfrico demonstrou ser a melhor alternativa entre os vrios cidos. Deve-se ressaltar que somente cido fosfrico recuperado termicamente usado pois contm menor quantidade de cloretos e portanto menos corrosivo. cido clordrico e sulfrico so comparativamente mais agressivos e causam reaes secundrias indesejveis no leo. Se for utilizado cido ctrico para a degomagem, as gomas separadas podem ser utilizadas como lecitina em certas condies. A seguir so apresentadas as descries de diferentes processos de degomagem cida. 2.1 DEGOMAGEM CIDA SIMPLES O processo de degomagem cida simples ilustrado na figura 2 somente aplicado atualmente para leos que tem contedo de fosfatdeos relativamente baixo, porm contm outras impurezas, como pigmentos coloridos, protenas, etc. leo de palma, leo de coco, palmiste e oliva so os que pertencem a esta categoria, porm, gorduras animais tambm so representadas. Antes do refino fsico ou hidrlise, estes produtos devem ser degomados com cido e lavados de forma a serem processados economicamente no estagio subsequente de branqueamento. Dependendo do produto e requerimentos, este tratamento pode reduzir o consumo de terra de branqueamento em at 30% o que significa um rpido retorno do investimento. de conhecimento geral que os custos de operao de plantas de branqueamento so altos tanto devido ao custo de aquisio das terras como o custo para dispor do material exaurido. tambm demostrado que a 32 Tabela 3 Contedo tpico de gomas de alguns leos degomados com gua 33. estabilidade oxidao de leos pr-tratados desta forma substancialmente melhor do que os degomados via seca. Fig. 2: Instalao de degomagem cida simples O leo bruto inicialmente aquecido a 80 - 90o C com vapor saturado e a seguir adicionado 0,1 a 0,3% em volume de cido fosfrico concentrado, usualmente a 75%. Aps intensiva mistura do cido com o leo em um misturador centrfugo, segue-se um tempo de reao de cerca de 5 minutos. Finalmente adicionada ao leo 2 a 5 % de gua quente e intensivamente misturada em um segundo misturado centrfugo. leos e gorduras com um contedo baixo de fsforo podem ser alimentados diretamente ao separador centrfugo; no caso de leos com um contedo alto de fosfatdeos, recomendado incorporar-se um tanque de residncia com cerca de 20 minutos de tempo de reteno e agitao, aps a adio da gua. A centrfuga utilizada na separao das gomas deve ser preferivelmente uma centrfuga auto limpante, pois os slidos do leo bruto e os produtos precipitados pelo cido (por exemplo protenas) podem rapidamente bloquear os tambores dos separadores de parede fixa. Antes da estocagem ou de processamentos subsequentes, o leo degomado deve ser seco a vcuo. A disposio das gomas cidas deve ser discutida para cada caso individual. Em alguns casos, possvel adicionar-se ao farelo, isto , o destinado a rao animal, se a plantas for equipada com uma instalao de extrao e a legislao especfica assim o permitir. 33 leo degomado leo bruto Gomas gua quenteDosagem de cido fosfrico 34. 2.2 DEGOMAGEM ESPECIAL O processo de degomagem especial (que as vezes chamado de degomagem intensiva ou refino cido) foi desenvolvido para leos com altos teores de fosfatdeos como leo de soja, de colsa, girassol ou milho. O processo foi inicialmente descoberto por acaso. Posteriormente as reaes qumicas foram investigadas mais extensivamente. A grande vantagem deste processo que instalaes deste tipo podem ser utilizadas tanto para a degomagem intensiva como para o refino alcalino convencional. Esta instalao ilustrada esquematicamente na figura 3. Fig. 3: Processo de degomagem especial O leo bruto inicialmente aquecido at a temperatura de 70o C. Em seguida adicionado 0,1 a 0,3% em volume de cido concentrado que deve ser distribudo no leo to finamente quanto possvel. Tanto cido fosfrico a 75 - 85% como cido ctrico a 50% produzem timos resultados. Misturadores centrfugos Westfalia provaram ser excelentes para misturar o cido com o leo. Para intensificar a reao entre o cido e os fosfatdeos, segue-se um tempo de reao de 3 a 5 minutos em um tanque simples. Neste caminho, os fosfatdeos/ complexos metlicos so cindidos em sais de metais insolveis e fosfatdeos em sua forma cida. Subseqentemente, uma pequena quantidade de soda custica diluda adicionada para neutralizar o cido adicionado. Desta forma so produzidos os componentes hidratveis que podem ser precipitados pela adio de 2% de gua e ento separados em centrfugas. O grau de neutralizao do cido dosado de decisiva importncia para o funcionamento e eficincia da planta. Se o grau de neutralizao muito baixo, a 34 cido Soda Vcuo gua leo bruto gua 35. viscosidade das gomas to alta que a descarga contnua dos separadores centrfugos freqentemente problemtica. Se o grau de neutralizao muito alto, parte dos cidos graxos sero neutralizados. Os sabes formados facilitam a descarga das gomas da centrfuga mas aumentam drasticamente as perdas devido emulsificao. Um grau de neutralizao de 70% provou ser excelente para o funcionamento da instalao. Um misturador centrfugo deve ser usado novamente para misturar leo e soda. Um misturador esttico pode ser usado para adicionas gua de hidratao. A hidratao se processa em cerca de 20 minutos em um tanque de reteno equipado com agitadores e bafles. Tanto centrfugas de parede fixa como auto limpantes so usadas para separar as gomas, embora a ltima seja a mais indicada. Como o leo que sai da centrfuga ainda contm 0,3 a 0,5% de umidade, este deve ser seco a vcuo antes da estocagem. Se o leo for imediatamente branqueado, isto no sempre necessrio. As gomas separadas no podem ser usadas como lecitina para consumo humano visto que so desnaturadas devido aos produtos qumicos adicionados. Entretanto, possvel adicion-las ao farelo. Se a planta existente uma linha combinada com um refino alcalino, ento o ltimo estgio de lavagem integrado. Neste caso, ele pode ser utilizado para lavar o leo degomado pois isto pode reduzir substancialmente o contedo de fsforo. De um lado, isto atribudo lavagem das partculas muito finas de fosfatideos que no so separadas no separador centrfugo e de outro lado, devido a remoo do elemento fsforo devido a incompleta separao do cido fosfrico. A anlise dos fosfatdeos no pode precisar o motivo desta reduo. Neste processo, um contedo de fsforo residual abaixo de 30 ppm pode ser atingido se o leo no degomado de soja ou colsa for processado. No caso de leo de girassol e de milho valores consideravelmente melhores foram alcanados. 2.3 SUPER/UNI DEGOMAGEM A remoo dos fosfatdeos pode tambm ser alcanada pelo processo de super/uni degomagem, patenteado pela UNILEVER ou pela top-degomagem, patenteado pela VANDEMOORTELE. Estes processos tem as seguintes caractersticas: 35 36. Refinao alcalina simplificada com considervel reduo na poluio ambiental. Mnimo uso de terra clarificante para o refino fsico. Hidrogenao sem prvio refino. Aps o aquecimento do leo bruto com vapor, possvel, no caso particular de leos de baixa qualidade, adicionar fosfatdeos especialmente modificados que promovero subseqentemente a hidratao das gomas. Com leo de qualidade normal, cido ctrico concentrado usado diretamente. Aps mistura intensiva, o leo alimentado em um primeiro tanque de reteno. Aps resfriamento e adio de gua para hidratao. O leo alimentado em um tanque agitado para umectao das gomas. , ento, aquecido e enviado ao separador para remoo das mesmas. O leo tratado desta forma tem ainda um contedo residual de fsforo, o que no o suficiente para o refino fsico. Se um contedo inferior de fsforo for desejado, o leo resfriado imediatamente aps a separao e uma pequena quantidade de soda custica adicionada. Aps um certo tempo de reao forma-se um aglomerado que pode ser removido por centrifugao aps aquecimento. Adicionalmente remoo das gomas, as ceras (por exemplo, no caso do leo de girassol) podem ser removidas se o leo no for aquecido antes da separao. 36 Fig. 4: Processo super-uni degumming (patenteado pela Unilever) cido Vcuo Soda leo bruto Lecitina modificada gua quente 37. 2.4 TOP DEGOMAGEM Neste processo, o leo bruto ou degomado com gua intensivamente misturado com uma pequena quantidade de cido diludo. Aps um certo tempo de reao, efetuada a neutralizao parcial do cido admitido, com soda diluda. Os fosfatdeos ento hidratados so separados em um primeiro separador, com perda de leo to pequena quanto possvel. Para a separao das partculas residuais finais de fosfatdeos, o leo alimentado em uma segunda centrfuga aps adio de uma pequena quantidade de gua. Uma centrfuga auto-limpante de alta eficincia usada para esta aplicao. As gomas separadas com alto teor de leo so recicladas atravs do leo bruto ou alimentadas diretamente no primeiro separador. Aps secagem final, obtido um leo que tem baixa umidade residual, baixo contedo de fsforo e ferro. Este processo oferece a vantagem de alto rendimento, baixos custos de operao e investimentos, alm de eliminar problemas de poluio. 37 cido Soda Vcuo gua leo bruto Fig. 5: Processo top-degumming (patenteado pela VANDEMOORTELE) 38. 2.5 DEGOMAGEM ENZI MAX No processo de degomagem contnua EnziMax, patenteado pela Lurgi, so utilizados cido ctrico e soluo de soda custica para serem adicionados ao leo previamente degomado, ajustando-se o pH para 5. o leo passa a seguir por um misturador intensivo na temperatura de 606 C. A converso dos fosfolipdeos no hidratveis em hidratveis obtida pelo efeito da enzima fosfolipase A2 que, aps a separao das gomas e da gua de processo em uma centrfuga, reciclada. O leo degomado desta forma pode ser refinado fisicamente desde que passe antes pela etapa de branqueamento contnuo. Este processo pode ser utilizado param todo tipo de leo fornecendo um leo antes do refino fsico com contedo de fsforo extremamente baixo (~5 p.p.m.). Fig. 6: Degomagem EnzyMax 38 Dosagem de soda diluda Dosagem de cido ctrico Dosagem de Enzima Reator de Enzima leo bruto leo degomado Vapor 39. DADOS DE PERFORMANCE NO PROCESSO DE DEGOMAGEM DEGOMAGEM COM GUA Garantia para o contedo de fsforo residual: Mximo 0,1% dos fosfatdeos hidratveis + todos os fosfatdeos no hidratveis. Obs.: Quando da determinao do contedo de fosfatdeos, analisado o contedo de fsforo no leo expresso em ppm. Este valor multiplicado por 25,4 nos d o contedo de fosfatdeos no leo. Garantia nas perdas de leo: Mnimo 65% de insolveis em acetona na gomas (base seca) ou Mximo de 35 % de leo nas gomas (base seca). Dados de processo: O leo aquecido a 70 80o C. adicionado ~2% de gua quente desmineralizada e misturada em um misturador centrfugo. Aps a mistura o leo enviado diretamente centrfuga separadora. Tempo de contato: alguns clientes preferem utilizar em lugar do misturador centrfugo, um tanque de hidratao aps a adio da gua. O tempo de residncia deve ser de 20 minutos. O tanque deve ser dotado de agitador para evitar a decantao das gomas hidratadas. DEGOMAGEM COMPARATIVO DE RESULTADOS Degomagem com gua: reduo at 150 - 200 ppm P em um estgio tempo de reteno de 5 a 20 min Degomagem cida simples: reduo at 80 ppm P em um estgio tempo de reteno de ~ 5 + 20 min Degomagem especial: reduo at 30 ppm P em dois estgios tempo de reteno de ~ 5 + 20 min Super/Uni Degomagem: reduo at 30 ppm P com um estgio reduo at 10 ppm com dois estgios tempo de reteno de ~ 5,5 horas Top Degomagem: reduo at 10 ppm P com dois estgios tempo de reteno de ~ 5 + 6 min 39 40. O PROCESSO DE NEUTRALIZAO DE LEOS VEGETAIS A neutralizao alcalina do leo vegetal consiste em fazer reagirem os cidos graxos livres, responsveis pela acidez do leo, com uma soluo de soda custica. Estes cidos graxos sero ento transformados em sabes que sero removidos do leo neutro por processo fsico. Neste processo consegue-se tambm uma remoo de fosfatdeos no hidratveis. A separao dos sabes, a princpio realizada por simples decantao em tachos, hoje feita em separadores centrfugos e de forma contnua. O processo bsico (utilizando o leo de soja como exemplo) consiste em um aquecimento do leo at cerca de 85C, pr-tratamento com cido fosfrico (85% de concentrao) para possibilitar a eliminao dos fosfatdeos remanescentes, a neutralizao com soda custica diluda (16 a 20 B) e a separao dos sabes. A quantidade de cido a ser utilizada pode variar entre 0,05 e 0,2%, dependendo da qualidade o leo de soja (degomado) ou seja, do teor de fsforo residual. A quantidade de soda a ser dosada calculada de forma a neutralizar a acidez mineral (do cido fosfrico), os cidos graxos livres e ainda de um excesso de soda necessria a formao de eletrlito que favorece a separao dos sabes e evita a formao de emulses. O excesso de soda pode variar entre 15 a 30% para os leos de baixa acidez (at 1%) e de 30 a 50% para os leos de alta acidez. A mistura de cido fosfrico assim como a da soda com o leo feita em misturadores dinmicos intensivos de curto tempo de contato. Para o leo de soja, onde desejado um tempo de contato maior, devido baixa acidez, utilizado um tanque de contato aps o misturador, com permanncia de 5 a 7 minutos em agitao lenta. Com referncia ao excesso de soda podemos citar que para um leo de soja com ~1% de acidez neutralizado com soda custica na concentrao de ~20 B: a) excesso de 0 a 5%: O leo no neutro; h tendncia a formao de emulso; o controle de processo difcil havendo tendncia de quebra de selagem na centrfuga. A acidez da matria graxa da borra da ordem de 50% ou menos (baixa). b) excesso de 5 a 15%: O leo neutro (acidez menor que 0,07%); a borra apresenta superfcie dura e lisa com reao neutra fenolftaleina. A acidez da matria graxa se situa entre 60 e 70%. 40 41. c) excesso de 15 a 30%: A borra apresenta consistncia pastosa no completamente fluida reagindo lentamente fenolftaleina com colorao vermelha. A acidez da matria graxa se situa prximo a 70%. d) excesso de 30 a 50%: A borra apresenta uma consistncia bastante fluida reagindo rapidamente fenolftaleina (vermelho intenso). A acidez da matria graxa se situa entre 80 a 90% e o teor de sabes no leo neutro se apresenta elevado. e) excesso maior que 50%: Aparece a formao da terceira fase (soluo concentrada de eletrlitos). O teor de sabes no leo neutro alto. No caso de leos de alta acidez como por exemplo do leo de algodo ou do milho, recomendada uma menor temperatura de neutralizao, da ordem de 65o C, maior concentrao na soda e maior excesso sendo neste caso desnecessrio o uso do tanque de contato. Aps a neutralizao leo neutro possui ainda alto contedo de sabes que devem ser removidos (400 a 700 ppm de sabes). Dependendo do contedo residual de sabes requerido, um ou dois estgios de lavagem, sero necessrios. Em caso de leo bruto com cor elevada, como leo de semente de algodo, o primeiro estgio pode tambm ser usado como um estgio de pr-refino para clarear o leo. Neste caso, um segundo tratamento com lixvia necessrio. Quando os leos neutralizados forem diretamente hidrogenados, constatou-se ser particularmente indicado o uso de acidificao (fraca) da gua de lavagem, o que permite a remoo quase total do sabo residual (que prejudica o catalisador de hidrogenao). O leo neutro tem ainda uma umidade residual (0,5%) aps a separao final, que reduzida no secador vcuo. 41 42. INSTALAO CONTNUA DE REFINO WESTFALIA Descrio do funcionamento As instalaes de refinao da Westfalia so plantas de funcionamento contnuo em todas as etapas do processo, nas quais se podem trabalhar todos os tipos de leos e gorduras vegetais ou animais, excetuando-se o leo de rcino (mamona). O leo ou a gordura passam pelas seguintes etapas de processo: 1a Etapa: Condicionamento e neutralizao 2a Etapa: Segunda refinao ou primeira lavagem 3a Etapa: Primeira ou segunda lavagem e secagem O fluxograma anexo (Fig. 1) ilustra o desenvolvimento do processo. A condio imprescindvel para o funcionamento normal de toda instalao contnua de refinao que o produto se encontre limpo e seco. Os filtros de entrada da instalao no tem por objetivo limpar a matria prima, porm apenas evitar danos aos equipamentos e instrumentos de dosagem e medio incorporados instalao. 1a Etapa: Condicionamento e neutralizao: O leo bruto a neutralizar retirado do depsito de armazenagem atravs de um filtro duplo reversvel mediante uma bomba positiva de vazo ajustvel atravs de variador de freqncia. A vazo de produto pr determinado medido e controlado atravs de um medidor de vazo mssico instalado na linha de leo bruto. A vazo de entrada indicada digitalmente e totalizada no sistema de controle. O leo aquecido at a temperatura requerida ao processo atravs de um trocador de calor a placas e por meio de vapor saturado a 3 bar, 133C. O controle da temperatura feito atravs de um transmissor de temperatura, controlador e vlvula controladora de vazo de vapor, o que garante uma temperatura constante em todo o processo. a) Condicionamento A bomba de alimentao da planta projetada de forma a levar o leo atravs do trocador a placas at o primeiro misturador. Este equipamento um misturador centrfugo que funciona segundo o princpio de rodete centrpeto, projetado por Westfalia especificamente para este processo. Seu volume reduzido garante uma tima distribuio do agente precipitante no leo ou gordura. 42 43. Para o condicionamento pode ser empregado o cido fosfrico concentrado que pressurizado atravs de uma bomba positiva do tanque de armazenagem ao ponto de dosagem com sistema de retorno a presso constante. Um medidor de vazo indutivo e uma vlvula controladora de agulha controlam com preciso a dosagem do cido proporcionalmente vazo de produto. Atravs do sistema de controle a vazo de cido pode ser ajustada instantaneamente com a planta em operao. Este sistema propicia uma dosagem segura e contnua visto que qualquer alterao nas condies de dosagem detectada atravs do medidor indutivo. O cido (aproximadamente 0,05 a 0,3% do fluxo de leo bruto) misturado com o leo no misturador que o envia ao tanque de contato aonde permanece por 3 a 5 minutos. b) Neutralizao O leo passa do tanque de contato ao misturador da etapa de neutralizao. A soda custica necessria neutralizao dosada atravs de sistema similar ao de dosagem de cido e injetada na tubulao de entrada do misturador de soda. A soda custica utilizada normalmente concentrada (50%) e sua diluio at a concentrao adequada feita em linha. A gua de diluio tambm controlada atravs por uma vlvula de agulha e a mistura da soda concentrada com a gua de diluio feita atravs de um misturador esttico tipo Sulzer. Desta forma podemos no s controlar a concentrao da soda, sua vazo e o excesso necessrios a cada tipo de leo e acidez como alter-los instantaneamente com a planta em operao. A soluo se mistura com o leo no misturador centrfugo igual ao misturador utilizado na etapa de condicionamento sendo enviado a um tanque de contato leo-soda (para o caso de leos de baixa acidez) ou diretamente para a centrfuga. Esta centrfuga equipada com tambor de pratos para alta vazes e foi especialmente projetada para a separao de substncias pastosas (borras, lecitinas) dos leos comestveis, dispondo tambm de rodetes (bombas centrpetas) especiais. Tanto as borras (sabes) separadas do leo como o prprio leo purificado saem do tambor sob presso, pressionados pelos rodetes centrpetos. Graas a estes dispositivos o leo centrifugado no entra praticamente em contato com o ar externo, pois o rodete estacionrio forma um selo hidrulico ao submergir no lquido que gira com o tambor. 43 44. De outro lado, o grau de separao pode ser otimizado durante o processo, estrangulando a vlvula incorporada na linha de sada de leo (para as mquinas de parede fixa) ou alterando a posio do rodete (nas mquinas de descarga automtica dotadas de fine tuner). Tanto o estrangulamento efetuado na linha de sada como o ajuste do rodete no alteram a presso de alimentao da centrfuga, sendo pois desnecessrio o uso de bombas compensadoras de presso. A Westfalia possui para esta etapa de processo dois diferentes tipos de centrfugas (de parede fixa e a auto deslodante). Na maioria dos caso recomendada uma centrfuga de descarga automtica (auto deslodante), principalmente para leos que devam sofrer condicionamento devido a presena de fosfatdeos (gomas). O princpio de funcionamento do tambor ilustrado no esquema anexo (Fig. 2). O tambor equipado com um pisto interno de deslocamento axial, que pressionado durante o servio contra a junta da tampa pelo lquido de fechamento (gua), obtendo-se desta forma o fechamento hermtico do tambor. Deve-se praticar uma descarga parcial quando o material precipitado que no se descarrega com a borra, ou as impurezas do leo bruto encham o espao de acumulao de lodos, at o ponto de obstruir a descarga continua dos sabes. Nas descargas parciais, o pisto axial desce rapidamente e deixa livre os orifcios para a descarga de slidos. Imediatamente so expulsas as partculas mais pesadas, assim como uma parte mnima dos sabes. Nestas descargas no ocorrem perdas de leo. Por esta razo tambm no se interrompe o processo durante as descargas parciais. A freqncia com que se efetuam as descargas parciais depende do tipo e das caractersticas do produto, assim como das condies de processo. A totalidade do ciclo de descarga controlado mediante um programador. Os tempos ajustados neste ltimo para separao e descarga parcial podem adaptar- se sem dificuldade s necessidades especficas, com ajuda dos correspondentes temporizadores. Naturalmente, tambm pode ser executada uma descarga total do tambor acionando-se o circuito correspondente. Porm antes de se provocar uma descarga total necessrio interromper a alimentao, visto que, como seu prprio nome indica, durante a descarga total se expulsa todo o contedo do tambor. 44 45. Especificamente nas mquinas dotadas de rodete com ajuste fino (fine tuner) esta operao substituda pelo reposicionamento automtico do rodete antes da descarga de forma a que o leo refinado ocupe apenas uma pequena poro do tambor e ento executada a descarga (de forma a eliminar a perda do leo contido no tambor). O programador de descargas faz parte integrante do fornecimento da centrfuga. A borra separada no processo enviada a um tanque depsito de onde se envia atravs de uma bomba positiva ao tratamento posterior. O leo neutro separado bombeado pela prpria centrfuga, atravs do rodete, segunda etapa do processo. Quando se processa unicamente leos que no necessitam de condicionamento cido (leo de coco, palma, palmiste) tambm pode ser utilizada uma centrfuga do tipo parede fixa mostrada no esquema anexo (Fig. 3). Nas centrfugas deste tipo os componentes pesados dos leos so lanados contra a parede do tambor. Uma vez cheia a cmara de lodos, esta obstrui a sada da borra, sendo necessrio parar a centrfuga, desmontar o tambor e limp-lo manualmente. As centrfugas deste tipo vem dotadas de um dispositivo de diluio de borras com a finalidade de facilitar, durante a operao a expulso dos sabes separados e afim de diluir o excesso de lixvia que pode acumular-se na parte perifrica do tambor. Com uma vlvula de agulha manual e um medidor de vazo se dosa a quantidade de gua quente a ser enviada parte perifrica do tambor, antes do prato separador, sem que isto afete a eficincia dos pratos separadores. 2a Etapa: Segunda refinao ou primeira lavagem Este estgio pode ser usado tanto para re-refino como para lavagem. a) Re-refino O leo bruto quando de alta acidez ou cor (por exemplo, leo de algodo) algumas vezes requer o re-refino ou seja, um segundo tratamento com soluo de soda custica. O leo aquecido at a temperatura requerida no trocador a placas. A temperatura mantida constante atravs do sistema de controle da mesma forma como na etapa de neutralizao. Do aquecedor, o leo vai ao misturador onde a mistura com a soluo alcalina tem lugar. Este misturado envia o leo segunda centrfuga. O sistema de dosagem de soluo alcalina idntico ao das etapas de condicionamento e neutralizao. Os sabes separados so enviados para o tanque de borra . O leo bombeado pelo rodete da centrfuga ao prximo estgio. 45 46. b) Lavagem A grande maioria dos leos no requer o re-refino de forma que o segundo estgio pode ser usado como lavagem. Neste caso o leo e aquecido no trocador a placas at a temperatura de lavagem. A gua de lavagem abrandada (mximo 6 graus ingleses de dureza) dosada na linha de leo atravs de sistema similar ao utilizado para o cido/soda e vai ao misturador. O misturador envia a mistura leo/gua a centrfuga onde a gua e os sabes so separados do leo. Esta soluo pode ser utilizada para diluir a borra ou enviada a um tanque de decantao. O leo lavado bombeado pelo rodete da centrfuga para o estgio seguinte. 3a Etapa: Primeira ou segunda lavagem e secagem a) Primeira ou segunda lavagem O leo vindo do estgio anterior sofre processo idntico ao descrito no item 2b, recebendo uma dosagem de gua, passando pelo misturador e pela centrfuga. O leo lavado bombeado pelo rodete da centrfuga para o estgio seguinte. Um segundo medidor de vazo mssico mede a vazo de leo antes da etapa seguinte (secagem) de forma a possibilitar o acompanhamento do rendimento da planta. b) Secagem O leo lavado enviado ao secador a vcuo. Nesta linha existe uma vlvula de contra-presso de forma a impedir que o leo seja aspirado pelo vcuo existente no secador. Um distribuidor especial no secador faz com que o leo flua em sentido descendente em cascata. Desta forma a evaporao da gua acelerada. O leo coletado no fundo do secador bombeado para o tanque de leo semi- refinado ou para o processo subseqente atravs de uma bomba. Um controle de nvel incorporado ao secador garante um nvel constante de leo no mesmo. O vcuo necessrio a secagem produzido por um sistema de ejetores a vapor de mltiplos estgios. Para atingir-se um nvel timo de operao econmica, o sistema dimensionado para as condies especficas de cada planta (presso de vapor, temperatura da gua). 46 Condicionamento cido Neutralizao 1a . Lavagem Secagem a vcuo 2a . Lavagem 47. NEUTRALIZAO DO LEO BRUTO (NO DEGOMADO) Este processo comeou a ser utilizado no refino do leo de soja, principalmente, nos Estados Unidos. O processo uma combinao de degomagem e neutralizao e apresenta bons resultados principalmente com leo de soja de baixa acidez. A adio de uma pequena quantidade de cido fosfrico (0,1% @ 50% de concentrao) no tanque de estocagem de leo bruto da planta recomendado para melhor remoo dos fosfatdeos. Em alguns casos, o cido dosado no leo antes do tanque de estocagem dotado de agitao. Entretento um mtodo mais efetivo adicionar o cido no leo e pass-lo atravs de um misturador centrfugo. A mistura intensiva ir reduzir o tempo de contato necessrio para alguns minutos. O leo bruto colocado diretamente em contato com a soda custica para neutralizao dos cidos graxos livres e remoo das gomas. Aps certo tempo de reao (de 6 a 15 min. dependendo das caractersticas do leo). Segue-se um aquecimento at a temperatura de separao ( = 80oC), o sabo gerado , ento, separado na centrfuga. O leo neutro , ento, aquecido at a temperatura de lavagem ( = 95oC) e misturado com a quantidade requerida de gua quente (5 a 10%) no estgio seguinte de lavagem. A umidade residual do leo reduzida em um secador a vcuo. 47 Neutralizao Lavagem Secagem a vcuo 48. NEUTRALIZAO FASE MISCELA O refino na fase miscela um tipo especial de neutralizao projetado primariamente para leos de algodo. Entretanto, atualmente utilizado para alguns outros tipos de leos. Devido ao alto contedo de gossipol, o leo de algodo muito difcil de refinar. Se o leo e excessivamente aquecido, o gossipol pode fazer com que o leo fique quase negro e esta cor para ser removida trar um grande grau de dificuldade e perdas significativas de rendimento. Na refinao fase miscela, o leo est dissolvido na hexana e a neutralizao feita na instalao de extrao, ou seja, antes de o leo ser aquecido no estgio de evaporao do solvente. Um fato importante para este processo e particularmente, no ajuste da centrfuga manter a concentrao da miscela constante. O usual atingir-se uma concentrao de 50 - 60 de leo na miscela.. Existem dois mtodos para se fazer este ajuste. Se a planta for refinar exclusivamente o leo obtido por extrao ou o processo for a extrao direta, a planta de refino instalada aps o primeiro evaporador do estgio de destilao. Este e operado de forma que a miscela seja obtida na concentrao adequada. Se o leo for obtido tambm por prensagem, este pode ser misturado na proporo adequada com a miscela diretamente obtida do extrator, antes do estgio de destilao. A miscela bruta resfriada (ou aquecida) at a temperatura ideal, abaixo do ponto de ebulio da hexana. Se o contedo de fosfatdeos no leo for muito alto, uma pequena quantidade de cido fosfrico dever ser adicionada e misturada com a miscela atravs de um misturador dinmico intensivo. Devido hexana, somente misturadores na verso hermtica podem ser usados para este caso. Normalmente no necessrio um tempo de reteno aps esta mistura intensiva. Em seqncia deve ser adicionada a quantidade de soda requerida para a neutralizao dos cidos graxos livres do leo. Misturadores estticos so geralmente adequados para este estagio. Aps a mistura, a miscela passa por um ou mais tanques de reteno dotados de agitao em vrias cmaras. Um tempo de residncia de aproximadamente 6 minutos normalmente suficiente. A miscela a seguir enviada centrfuga e pode eventualmente ser aquecida se requerido. Os sabes so separados na centrfuga e a separao virtualmente perfeita em vista da grande diferena de peso especfico entre a miscela e os sabes. Isto 48 49. resulta num contedo de sabes no leo neutro menor que 100 ppm aps a destilao da hexana, ou seja, isto significa que o leo no precisa ser lavado. O leo neutro nos sabes tambm menor que o resultante no mtodo convencional de refino. A desvantagem deste mtodo que os sabes tambm contm, naturalmente, uma certa quantidade de hexana e no podem ser cindidos em seguida pelo sistema convencional. A hexana deveria ser removida preliminarmente e este um processo bastante complicado. O mtodo mais econmico enviar os sabes com hexana diretamente ao tostador com o farelo, embora este procedimento no seja permitido em alguns pases. Devido ao risco de exploso, somente mquinas inertizveis so usadas neste processo. Isto significa que a maquina no s atende os requisitos de proteo contra exploso como tambm recebe a injeo de gs inerte na regio da transmisso, rolamentos e tambor, em presso ligeiramente maior que a atmosfrica. 49 Miscela Miscela neutra Borra 50. DIMINUIO DA INFLUNCIA DA CLOROFILA NO PROCESSO VISANDO FACILITAR OU EVITAR O BRANQUEAMENTO. O tratamento da clorofila possvel se na etapa de condicionamento cido substituirmos os cidos convencionais por um cido extremamente agressivo a este elemento: o cido sulfrico (H2SO4). Para isto indispensvel se ter uma umidade muito baixa no leo a ser processado (menor que 0,01%) para que se evite corroso, no diluindo ou abaixando a concentrao do cido. Caso uma planta convencional seja utilizada para este processo, algumas mudanas fundamentais devero ser efetuadas, tais como: Anlise e controle da umidade. Sistema de dosagem eficiente e seguro para o cido sulfrico a 96% de concentrao. Tempo de reao de 30 minutos em tanque em material resistente corroso. Misturador de materiais especiais, tais como Hastelloy C4. Aps a adio do lcali, ou seja, da neutralizao do H2SO4 o perigo da corroso diminui e a planta poder ser convencional. Isto indica que as tubulaes e os equipamentos em contato com o produto devem ser em inoxidvel nesta etapa de tratamento. Quanto aos nveis de abaixamento da colorao devido clorofila, no existe um ndice especfico para este processo porm isto ocorre e de maneira significativa, evitando o uso de terras especiais para leos mais difceis ou at possibilitando a eliminao do branqueamento. 50 H2 SO4 NaOH leo neutro e seco Para o branqueamento Clorofila 51. EQUIPAMENTOS WESTFALIA UTILIZADOS NA NEUTRALIZAO DE LEOS VEGETAIS 1. CENTRFUGA DE DESCARGA AUTOMTICA 1 Painel de controle 14 Canal do dispositivo de diluio 2 Descarga da fase pesada 15 Cmara de slidos 3 Alimentao 16 Orifcio de descarga de slidos 4 Descarga da fase leve 17 Pisto axial 5 Dispositivo de diluio - fase pesada 18 Cmara de fechamento 6 Rodete de ajuste fino da fase pesada 19 Vlvula do tambor 7 Rodete da fase leve 20 gua de abertura 8 Distribuidor 21 gua de fechamento 9 Selo de vapor 22 Pisto dosador 10 Alimentao hidroermtica 23 Controlador pneumtico 11 Jogo de pratos 24 Alimentao de gua 12 Canal de asceno 25 gua de resfriamento 13 Disco separador 51 3 4 5 1413 10 9 6 11 8 7 12 2 25 17 18 21 20 19 15 Figura 1 22 24 23 21 1 52. Esquema de ligao de centrfuga automtica 2. CENTRFUGA DE PAREDE FIXA 1 Alimentao 2 Jogo de pratos 3 Rodete da fase leve 4 Rodete da fase pesada 5 Sada da fase leve 6 Sada da fase pesada 7 Cmara de slidos 8 Dispositivo de diluio 52 Figura 2 1 4 5 6 3 7 2 8 DESCARGA DE SLIDOS FINE TUNER DESCARGA DA FASE PESADA ALIMENTAO DE PRODUTO DESCARGA DA FASE LEVE GUA DE FLUSH 53. 3. MISTURADOR CENTRFUGO Esquema de instalao de misturador 53 5 1 4 6 3 2 1. Alimentao 2. Tambor do misturador 3. Rodete 4. Descarga 5. Carcaa 6. Dreno Figura 3 dreno vlvula de contra presso flexvel flexvel manmetro visor Figura 4 entrada de produto saida de produto 54. RENDIMENTO NA REFINAO DE LEOS VEGETAIS 1. Fator de Perda ou Fator de Refino: Relacionamento das perdas com a acidez livre do leo bruto submetido neutralizao. Fator de Perda = (% da perda da neutralizao) (% ffa no leo bruto) 2. Eficincia de Refinao: Relacionamento do leo neutro obtido como o contedo de leo neutro submetido refinao. Eficincia de Refinao = ___(Quant. de leo neutro obtido 100)___ (Quant. leo neutro contido no leo bruto) Esta ltima frmula d uma idia mais exata do resultado da neutralizao, pois a primeira no leva em considerao as impurezas dissolvidas no leo bruto. Estas impurezas, principalmente quando a acidez do leo bruto for baixa, exercem uma influencia considervel sobre o Fator de Perda. MTODO PARA DETERMINAO DA PERDA WESSON DE LEOS BRUTOS. 1. Reagentes: 1.1 ter de Petrleo, faixa de ebulio aprox. 40C 1.2 Soluo KOH, a 14 % 1.3 lcool etlico, 50% em volume 2. Aparelhos: 2.1 1 copo bequer, volume 50 ml 2.2 2 funis separadores, volume 250 ml 2.3 Relgio 2.4 Pipeta, volume 10 ml 2.5 1 proveta, volume 50 ml 2.6 1 balo redondo, volume 250 ml, NS 29 2.7 Balana analtica 2.8 Estufa de secagem 2.9 Evaporador rotativo 2.10 Dessecador, com slica gel ou cloreto de clcio 54 55. 3. Procedimento: Pesa-se exatamente 10 g de leo bruto em um copo de bequer. Transfere-se este leo para um funil separador (I). Lava-se o bequer com ter de petrleo (2 x 25 ml) transferindo, tambm para o funil separador (I). A soluo ter de petrleo misturada com 10 ml de uma soluo de KOH a 14% e agitada durante 3 minutos. Em seguida, acrescenta-se 25 ml de lcool a 50%, agita-se bem e deixa-se descansar at que se obtenha uma separao bem ntida da fase de ter de petrleo e da camada de lcool-gua. Finalmente escoada a camada inferior lcool-gua para um segundo funil separador (II). A separao tambm pode ser feita numa centrfuga. A soluo ter de petrleo que se encontra no funil separador I misturada com 35 ml de lcool (50%) e agitada para uma lavagem perfeita da soluo. Aps a decantao, escoa-se a fase inferior lcool-gua em um copo bequer (no rejeitar) e a soluo clara de ter de petrleo-leo transferida para um balo redondo de 250 ml, previamente tarado (secar em estufa a 105 - 110C e deixar esfriar em dessecador at peso constante). A fase de lcool-gua do funil separador II levemente agitada com 25 ml de ter de petrleo (uma agitao intensa pode resultar em uma emulso muito forte, a qual difcil de ser separada). Depois da decantao, deixa-se escoar a fase inferior diretamente no funil separador (I). Para a soluo superior de ter de petrleo acrescentada a fase lcool-gua (35 ml) que proveio do funil separador I, deixada no bequer. Agita-se bem e deixa-se escoar a fase inferior para o funil separador I: a soluo clara de ter de petrleo colocada no balo redondo de 250 ml. A fase lcool-gua existente no funil separador I agitada mais uma vez, adicionando-se 25 - 30 ml de ter de petrleo. Separada a fase inferior esta rejeitada. A fase ter de petrleo superior, aps ser eliminada a fase inferior, lava-se com 35 ml de lcool (50%) e transfere-se para o balo redondo. A soluo de ter de petrleo evaporada sob vcuo em um evaporador rotativo. Seca-se o leo que permanece no balo a 105 - 110C at peso constante. 4. Avaliao: peso do leo puro x 100 = % de leo puro peso da amostra 100 - (% leo puro) = (% perda total) = (perda Wesson) 55 56. 5. Garantia de processo As instalaes Westfalia Separator modelo OER podem processar de 50 at 1.000 ton./dia de leo ou gordura. A condio que esses leos e gorduras estejam limpos e secos. Produtos de m qualidade e alto teor de FFA podem causar reduo de rendimento. Para um teste de rendimento "em garantia" as caractersticas do leo bruto no devem ultrapassar: 1.) Acidez livre (FFA) 5,0 %. 2.) Impurezas 0,1 %. 3.) Gomas 0,5 %. 4.) Umidade 0,1 %. A perda mxima (V) da instalao (garantida pela Westfalia Separator) eleva-se com um Wesson-Loss (W) de at 3 % segundo a frmula: V = 0,3 + 1,25 x W E para um Wesson-Loss entre 3 e 10 % utiliza-se: V = 1,35 x W A perda de refinao determinada pelo mtodo de massa, isto , so determinadas as massas do leo que entra na instalao e tambm do leo neutralizado que sai. Para um teste de garantia precisamos de pelo menos 350 toneladas de leo do mesmo tipo e qualidade. O leo que sai da instalao contm: Teor de FFA 0,07 % ou menos. Teor de umidade 0,05 % ou menos. Teor de fsforo livre 10 ppm ou menos. Teor de sabes mximo de 50 ppm sem acidificao da gua de lavagem. A qualidade dos leos e gorduras tratados nas instalaes Westfalia Separator to boa, seno melhor que a dos produtos desacidificados pelo processo "batch". 56 57. DETERMINAO DE LEO NEUTRO PERDA CROMATOGRFICA (Mtodo oficial da AOCS Ca 9f-57) Definio: O mtodo determina o leo neutro em leos e gorduras, que constitudo essencialmente de triglicerdeos e de matria insaponificvel. Os cidos graxos livres e vrias substncias no gordurosas so removidos por adsoro numa coluna de alumina ativada. Procedimento: Misturar 20 g de alumina ativada e seca a 200o C por 4 horas em estufa, com 10 ml de solvente que consiste de 975 ml de ter etlico e 25 ml de metanol. Transferir essa mistura para uma coluna cromatogrfica com as seguintes caractersticas: comprimento ca. 25 cm; dimetro 20 mm; fechamento com chave de teflon ou de vidro. Pesar analiticamente ca. 5,000 g de amostra num bequer e dissolver em 15 mo do solvente acima mencionado. Transferir a soluo da amostra para a coluna. Alimentar continuamente a coluna com o solvente, usando 50 ml, mantendo o escoamento de 5 ml por minuto. Lavar a coluna com 3 pores sucessivas de 10 ml de solvente, mantendo sempre a altura do solvente ca. de 1 cm acima do nvel de alumina. Coletar o solvente num frasco erlenmeyer 250 ml tarado. Evaporar o solvente em banho-maria sob corrente de ar ou de nitrognio. Secar o resduo numa estufa a 105o C durante 1 hora, resfriar num dissecador e pesar. Clculo: leo neutro (%) = 100 peso do resduo peso da amostra Perda (%) = 100 - leo neutro (%) 57 58. Consideraes sobre os mtodos de anlise de perdas Na determinao das perdas de refino, especificamente nos Estados Unidos e em alguma empresas no Brasil o tradicional mtodo de perda de caneca ou perda Wesson foram suplantados pelo Neutral Oil and Loss Method (Mtodo AOCS Ca 9f-57) tambm conhecido como perda cromatogrfica. Este mtodo hoje chamado pelas suas iniciais NOL e chamado resumidamente de Neutral Oil Loss (perda no leo neutro), que pode ser ilusrio. O mtodo determina o peso de leo neutro, consistindo dos triglicerdeos e insaponificveis (componentes no polares) em uma amostra de leo, menos os componentes mais polares retidos em uma coluna cromatogrfica. Estes componentes retido so basicamente os cidos graxos livres e fosfatdeos que so os elementos a serem removidos no processo de refino. O leo neutro portanto a quantidade terica e a diferena entre o terico e o real obtido no processo de refino nos d uma medida da eficincia da planta: %Eficincia = quant. leo refinado (quant. leo bruto %de leo neutro) 100 Em 1984/85 efetuou-se no Brasil um estudo para relacionar a perda cromatogrfica com o total de umidade, acidez e insolveis em acetona em leo degomado de soja, chegando a uma relao estatstica. O objetivo seria verificar a possibilidade de substituir a anlise da perda cromatogrfica por outras mais simples. Foi na ocasio sugerida a seguinte frmula de clculo para a perda cromatogrfica (PC): PC (%) = Acidez (%) + Insolveis em acetona (%) + Umidade (%) + 0,3 A escolha da utilizao do teor de insolveis em acetona e no do teor de fosfatdeos (a partir do teor de fsforo) se atribui maior rapidez do primeiro mtodo. 58 59. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PERDAS NO REFINO DE LEO BRUTO E NO REFINO DE LEO DEGOMADO. Objetivo: Verificar com base em dados confiveis a diferena de rendimentos obtidos no refino de leo bruto em comparao com o processo de degomagem seguido do de refino. Dados para clculo: Composio Tpica de leos de Soja Brutos e Refinados (1) leo bruto leo refinado Triglicerdeos 95 - 97 > 99 Fosfatdeos 1,5 - 2,5 0,003 - 0,045 Material insaponificvel 1,6 0,3 Esteris vegetais 0,33 0,13 Tocoferis 0,15 - 0,21 0,11 - 0,18 Hidrocarbonetos (Squaleno) 0,014 0,01 cidos graxos livres 0,3 - 0,7 < 0,05 Traos de metais Ferro (ppm) 1 - 3 0,1 - 0,3 Cobre (ppm) 0,03 - 0,05 0,02 - 0,06 Requisitos Analticos para leo de Soja Degomado (NOPA) (2) Anlise Mximo Material insaponificvel 1,5 % cidos graxos livres 0,75 % Umidade, material voltil e impurezas insolveis 0,3 % Fsforo 0,02 % Fosfatteos ~ 0,6 % (1) Pryde, E.H. em Handbook of Soy Oil Processing and Utilization, editado por D. Erickson, E. Pryde, O.L. Brekke, T. Mounts, and R.A. Falb, American Oil Chemists Society, Champaign, IL, 1980. (2) Yearbook and Trading Rules, 1993 - 1994, National Oilseed Processors Association (NOPA), Washington, DC. 59 60. Vamos considerar neste estudo os seguintes valores mdios com base nas tabelas acima: Acidez do leo bruto: 0,5 % Gomas no leo bruto: 2,0% Gomas no leo degomado: 0,5 % Material insaponificvel: 0,5 % Perda Wesson no leo bruto: 0,5 + 2,0 + 0,5 = 3,0 % (WB) Perda Wesson no leo degomado: 0,5 + 0,5 + 0,5 = 1,5 % (WD) 1) Clculo da perda no processo de degomagem: Tendo em vista que o leo bruto no caso estudado tem um teor de gomas de 2 % e aps a degomagem com gua chegamos a um teor de gomas residuais de 0,5% (fosfatdeos no hidratveis) teremos como perdas a diferena de 1,5 % de gomas separadas mais um total de 30 % de leo arrastado nas gomas, ou seja: PD = 1,5 (100 - 30) 100 = 1,5 0,7 PD = 2,14 % 2) Clculo da perda no processo de refino do leo degomado As perdas de garantia so expressas pela frmula: PR = WD 1,25 + 0,3 (para acidez menor que 3%) PR = 1,5 1,25 + 0,3 PR = 2,18 3) Perda total nas duas etapas do processo: Obtemos na realizao das duas etapas de processo (degomagem + refino de leo degomado) uma perda acumulada de: PD+R = 100 - [(100 - 2,14) (100 - 2,18) 100] PD+R = 4,27 % 4) Clculo da perda no processo de refino do leo bruto 60 61. As perdas de garantia so expressas pela frmula: PB = WB 1,2 + 0,5 (para acidez menor que 3%) PB = 3,0 1,2 + 0,5 PB = 4,10 5) Diferena entre as perdas no refino de leo bruto e degomgem + refino: P = PD+R - PB = 4,27 - 4,10 P = 0,17 % Atravs deste clculo chegamos a um resultado favorvel em 0,17% no refino de leo bruto. Lembramos porm que na prtica cada frmula de perda terica embute uma folga em relao aos valores realmente obtenveis no processo. Quando utilizamos os dois processos: degomagem + refino do leo degomado, tambm embutimos por duas vezes esta folga no clculo, ou seja os resultados obtidos podem na prtica fornecer valores menores, diminuindo assim a diferena. Ainda, estes clculos so baseados em perdas determinadas pelo mtodo Wesson. Porm este mtodo foi suplantado pelo mtodo denominado Neutral Oil and Loss Method (mtodo AOCS Ca 9f-57) tambm conhecido como perda cromatogrfica. Este mtodo determina a quantidade de leo neutro, consistindo dos triglicerdeos e insaponificveis (componentes no polares), em uma amostra de leo, menos os componentes polares retidos em uma coluna cromatogrfica. Este componentes retidos so basicamente os cidos graxos livres e os fosfatdeos, que so os alvos na remoo pelo processo de refino. 61 62. CLCULO DE DOSAGENS NO REFINO - Fatores para tipo de leo soja = 282,4 g fs (pesos moleculares aprox.) milho = 282,4 g fm girassol = 282,4 g fg palma = 256,4 g fp canola = 282,4 g fc - Concentrao de H3PO4 = 85% ca - Densidade de H3PO4 (85%) = 1,62 Kg/l da - Equivalente grama H3PO4 = 49 g/Eqg ea - Concentrao de NaOH ( bruta ) = 50% cs - Equivalente grama NaOH = 40 g/Eqg es - Densidade da soda bruta (50%) = 1,5253 Kg/l ds Tabela 1 - Correspondncia porcentagem de soda (cf ) Graus B (be) Graus B Concentrao Graus B Concentrao be cf be cf 1 0,7795 17 12,3289 2 1,4151 18 13,1490 3 2,0610 20 14,8263 4 2,7234 22 16,5586 5 3,3938 24 18,3539 6 4,0793 26 20,2092 7 4,7752 28 22,1312 8 5,4805 30 24,1062 9 6,1974 32 26,2187 10 6,9242 34 28,3218 11 7,6596 36 30,7176 12 8,4026 38 33,0967 13 9,1636 40 35,6745 14 9,9359 42 38,4107 15 10,7222 44 41,3455 16 11,5196 48 47,6549 62 63. A-) DOSAGEM DE CIDO FOSFRICO O clculo de dosagem do cido fosfrico feito da seguinte maneira : va = vm qa da 1000 onde : va = vazo de cido em l/h vm = vazo de leo em Kg/h qa = dosagem de cido em Kg/Ton da = densidade do cido em Kg/l = cte. (= 1,62) B-) DOSAGEM DE SODA CUSTICA O clculo de dosagem de soda custica feito da seguinte maneira : vs = [( vm ag es ds cs fs ) + ( vm qa es ea ds cs 10 )] [ (Ex 100) + 1] Onde : vs = vazo de soda custica bruta em l/h vm = vazo de leo em Kg/h ag = teor cidos graxos livres em % qa = dosagem de cido em Kg/Ton es = equivalente-grama da soda = cte. (= 40) ds = densidade da soda bruta em Kg/l = cte. (= 1,5253) cs = concentrao da soda bruta em % = cte. (= 50) fs = fator de clculo para soja = 282,4 qa = dosagem de cido em Kg/Ton ca = concentrao do cido em % = cte. ( = 85) ea = equivalente-grama do cido = cte. ( = 49) Ex = Excesso de soda em % 63 64. C) DOSAGEM DE GUA DE DILUIO: A gua de diluio correspondente calculada da seguinte maneira : O operador informa um valor para be. (be = concentrao da soda diluda em B) Procura-se na Tabela 1 o valor de cf correspondente. Caso o valor exato no esteja disponvel na tabela necessrio encontrar-se um valor intermedirio, valor este resultante de uma interpolao linear dos dados imediatamente inferior e superior. Isto feito, calcula-se : vg = vs ds