4° bi - apostila_6_fabricação de etanol_rv30.09

TECNOLOGIA EM PRODUÇÃO SUCROALCOOLEIRA Prof.: Sinésio A. Guedes

1

VIII – PRODUÇÃO DE ETANOL:

1) INTRODUÇÃO:

Várias são as formas e as matérias primas empregadas na obtenção do álcool etílico, entretanto, neste curso só será considerado o processo bioquímico, utilizando-se como matérias-primas produtos derivados da cana de açúcar, como o caldo, o xarope e o mel final. Terminologia Empregada: Açúcares Fermentescíveis: porção dos açúcares totais que pode ser transformada em álcool pelas leveduras. Açúcares Totais: % em peso de açúcares contidos em um produto, compreendendo, principalmente, sacarose, glicose, e frutose, Brix: % em peso de sólidos solúveis presentes em solução açucarada. Fermento: microorganismo responsável pela transformação dos açúcares em álcool. Grau Alcoólico: % de álcool etílico presente em uma mistura hidroalcoólica. Grau Gay-Lussac: % de álcool em volume de uma mistura hidroalcoólica à temperatura padrão de 15ºC. Grau INPM: % de álcool em peso de uma mistura hidroalcoólica à temperatura padrão de 15ºC. Leite de Levedura: concentrado de células de fermento obtido por centrifugação do vinho bruto. Mel Final: mel esgotado do qual não se extrai mais açúcar, por razões de ordem técnica ou econômica. Mosto: líquido açucarado, susceptível de sofre fermentação. Pé de Cuba: suspensão de células de fermento, tratada e apta a retornar à fermentação. Redutores Residuais (AR): substâncias redutoras ainda presentes no vinho, após o término da fermentação. Vinho Bruto: mosto fermentado, ainda com a presença do fermento.


2

Vinho Delevedurado: mosto fermentado que foi submetido ao processo de centrifugação para a recuperação do fermento.

2) MATÉRIAS-PRIMAS DA PRODUÇÃO DE ÁLCOOL:

O caldo de cana e o mel final são matérias-primas açucaradas que encerram em sua composição, açúcares diretamente e não diretamente fermentescíveis.

Os açúcares diretamente fermentescíveis são os monossacarídeos como a glicose e a frutose que, em contato com o fermento, são transformados em álcool e gás carbônico.

Os açúcares não diretamente fermentescíveis são os polissacarídeos como a sacarose, que para ser transformada em álcool necessita sofrer hidrólise, desdobrando-se em glicose mais frutose, para daí ser transformada em álcool. A hidrólise da sacarose é realizada por uma enzima segregada pela levedura, conhecida como invertase.

3) PREPARO DO MOSTO:

Denominam-se mosto as soluções açucaradas aptas a sofrer fermentação alcoólica, devendo apresentar uma concentração de açúcares que seja compatível com a natureza e composição da matéria-prima, com o tipo de levedura empregada e com o processo de condução da fermentação.

Para facilitar o trabalho nas destilarias de álcool, a concentração do mosto é medida em graus brix. A concentração ideal de sólidos nos mosto varia de 14 a 28 ºbrix, dependendo do tipo de produto açucarado que é utilizado no seu preparo (caldo ou mel final).

Dependendo da prioridade de produção da usina (açúcar ou álcool), pode-se preparar o mosto da seguinte maneira: a) Preparo do Mosto a partir do Mel Final (Melaço):

Usinas que dão prioridade para a produção de açúcar, enviando todo o caldo extraído da cana para este processo, preparam mosto a partir da mistura de mel final e água.


3

O melaço apresenta-se com uma elevada concentração de sólidos solúveis, sendo necessário diluí-lo para obter a quantidade ideal de açúcares. A quantidade de água a ser adicionada depende do brix que se deseja obter par o mosto que, por sua vez, depende das condições da fermentação.

A vazão de água a ser adicionada para se obter um determinado brix para o mosto, a partir de uma vazão e um brix conhecido para o mel final, é dada pelas seguintes equações:

Onde: Vm = vazão de mosto Vmf = vazão de mel final Va = vazão de água Bm = brix do mosto Bmf = brix do mel final

Vm = Vmf + Va (1) Vm x Bm = Vmf x Bmf + Va (2) Va = Vm x Bm – Vmf x Bmf (3)

Como não conhecemos a vazão do mosto, substituímos a eq. (1) na eq. (2) e temos a seguinte equação:

Va = (Vmf + Va) x Bm – Vmf x Bmf Va = Vmf x Bm + Va x Bm – Vmf x Bmf Va – Va x Bm = Vmf x Bm – Vmf x Bmf Va x (1 – Bm) = Vmf x (Bm – Bmf)

Va = Vmf x (Bm – Bmf) (1 – Bm)


4

A diluição do melaço é realizada em tanques ou em misturadores estáticos denominados diluidores, onde se procura uma melhor homogeneização entre água e melaço. b) Preparo de Mosto a partir de Caldo, Mel Final e Água:

Usinas que preferem ter uma maior produção de álcool enviam parte do caldo extraído da cana, na forma de caldo decantado, para este processo preparando o mosto a partir de caldo, mel final e água (quando necessário).

Neste caso, a vazão de água é dada pelas seguintes equações:

Vm = Vc + Vmf + Va Vm x Bm = Vc x Bc + Vmf x Bmf + Va Va = Vm x Bm – (Vc x Bc + Vmf x Bmf) Va = (Vc + Vmf + Va) x Bm – Vc x Bc – Vmf x Bmf Va = Vc x Bm + Vmf x Bm + Va x Bm – Vc x Bc – Vmf x Bmf Va x (1 – Bm) = Vc x (Bm – Bc) + Vmf x (Bm – Bmf)

Va = Vc x (Bm – Bc) + Vmf x (Bm – Bmf) (1 – Bm) 4) FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA:

O processo de transformação do açúcar em álcool, por ação da levedura (Saccharomyces cerevisiae) , é denominado fermentação alcoólica, e se desenvolve em condições de anaerobiose, ou seja, em ausência de oxigênio livre.

Nos mostos de caldo de cana, mel final, ou resultante da mistura de ambos, o açúcar predominante é a sacarose, aparecendo a glicose e a frutose em menores proporções. Sendo a sacarose um açúcar mais complexo, isto é, composto de uma molécula de glicose e uma de frutose, antes de ser transformada em álcool, deverá ser desdobrada nos seus componentes mais simples, pois a levedura não é capaz de utilizá-la


5

na sua forma integral. Essa degradação da sacarose é denominada hidrólise, e é levada a efeito pela enzima invertase, a qual é produzida pela própria levedura.

invertase

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 (sacarose) (glicose) (frutose)

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 (glicose) (etanol) (dióxido de carbono)

180 g 92 g 88 g

100 kg de açúcar produzem = 51,11 kg de álcool = 64,75 litros álcool

4.1) Bioquímica da Fermentação:

A levedura como entidade viva independente, realiza a fermentação do açúcar com o objetivo de conseguir a energia química necessária à sua sobrevivência, sendo o etanol apenas e tão somente um subproduto deste processo. Se o homem pretende beneficiar-se desta habilidade metabólica, ele deve buscar os conhecimentos que lhe permitam propiciar às leveduras, condições ideais para que as mesmas trabalhem a seu favor, isto é, com maior eficiência na produção de etanol. A célula de levedura possui compartimentações para adequação de sua atividade metabólica. A fermentação alcoólica (glicólise anaeróbica) ocorre no citoplasma, enquanto que a oxidação total do açúcar (respiração) se dá na mitocôndria.


6

A transformação do açúcar (glicose) até resultar em etanol e CO2 envolve 12

reações em sequência ordenada, cada qual catalisada por uma enzima específica. Tais enzimas sofrem ação de diversos fatores (nutrientes minerais, vitaminas, inibidores, substâncias do próprio metabolismo, pH, temperatura, etc.), sendo que alguns estimulam e outros reprimem as ações enzimáticas, afetando assim o desempenho do processo.

O objetivo primordial da levedura ao metabolizar anaerobicamente o açúcar , é gerar uma forma de energia química (ATP) que será empregada na realização dos diversos trabalhos fisiológicos (absorção, excreção, etc.) e biossínteses, necessários à manutenção da vida, crescimento e multiplicação, perpetuando, assim, a espécie. O etanol e o CO2 resultantes se constituem em produtos de excreção, sem utilidade metabólica para a célula em anaerobiose. Entretanto, o etanol e outros produtos de excreção podem ser oxidados metabolicamente, gerando mais ATP e biomassa, mas apenas em condição de aerobiose.

Em termos energéticos, a respiração é muito mais eficiente (produção de ATP) do que a fermentação, motivo pelo qual, a oxigenação permite uma maior multiplicação da levedura.


7

Durante a fermentação, na sequência de reações de produção de ATP, intrínsecas

à formação de etanol, rotas metabólicas alternativas aparecem para propiciar a formação de materiais necessários à produção da biomassa (polissacarídeos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.) bem como para a formação de outros produtos de interesse metabólico, relacionados direta ou indiretamente com a adaptação e sobrevivência.

Dessa forma, juntamente com o etanol e o CO2, o metabolismo anaeróbico permite a formação e excreção de glicerol, ácidos orgânicos (Succinico, acético, pirúvico, etc.), álcoois superiores, além de outros compostos de menor significado quantitativo. Simultaneamente ocorre o crescimento do fermento (formação de biomassa).

Estima-se que 5% do açúcar utilizado pela levedura seja desviado para gerar tais produtos, resultando nem rendimento de 95% em etanol, conforme já observado por Pasteur em condições adequadas de fermentação (com mostos sintéticos). Entretanto, em condições industriais, onde fatores químicos físicos e microbiológicos afetam a fermentação, rendimentos de 90% normalmente são obtidos, o que implica em desvio de 10% de açúcar processado para a formação de outros produtos que não o etanol.

A formação de glicerol, o mais abundante dos compostos secundários da fermentação, está acoplada à manutenção do equilíbrio redox, o qual é alterado quando da fabricação de ácidos orgânicos, biomassa e da presença de sulfito no mosto. Acredita-se

FbP

2 ATP

DHAP GAP

NAD

NADH

2 ATP

PIRUVATO

ACETALDEÍDO

CO2

NADHNAD

GLICOSE TREALOSE

GLICEROL

AMINOÁCIDOS

ÁCIDOS ORGÂNICOS

ETANOL ACETATO

PROTEÍNAS

BIOMASSA


8

que o estresse osmótico da levedura, provocado por concentrações excessivas de açucares e sais no mosto, também aumenta a produção de glicerol. 4.2) Fatores que Afetam o Rendimento da Fermentação:

Diversos fatores físicos (temperatura, pressão osmótica), químicos (pH, oxigenação, nutrientes minerais e orgânicos, inibidores) e microbiológicos (concentração de inoculo, contaminação bacteriana, leveduras selvagens, etc.) afetam o rendimento da fermentação, isto é, diminuem a eficiência de conversão do açúcar em etanol.

Uma estratégia para se aumentar essa eficiência é o estudo desses diversos fatores sobre as formações de produtos secundários e biomassa, formações estas que competem na utilização do açúcar. A premissa é de que menores formações de biomassa e compostos secundários resultam em maiores eficiências de produção de etanol. a) Efeitos da Temperatura:

As leveduras de destilarias crescem bem em temperaturas de 30-35ºC e as fermentações podem ocorrer com altas velocidades em temperaturas até mais elevadas. Entretanto com o aumento da temperatura podem ocorrer os seguintes efeitos sobre a levedura:

A levedura se torna mais vulnerável ao efeito tóxico do etanol produzido; Queda da viabilidade celular (número de células vivas) Elevada taxa de degradação de enzimas. Aumento da produção de glicerol

Alguns desses efeitos, assim como outros, podem ser atribuídos à alterações na

composição e integridade das membranas das leveduras.

b) Efeitos do pH do Mosto:

A levedura tolera uma ampla faixa de pH (3,5 a 6,0) manifestando boa fermentação. Entretanto, como são mais tolerantes à acidez que as bactérias, os meios ácidos são mais apropriados para a fermentação industrial. As leveduras suportam meios com pH = 2,0, sem apresentar danos permanentes às células. Entretanto, alterando-se o pH do meio, altera-se o metabolismo, resultando em diferentes proporções dos diversos produtos da fermentação. O aumento do pH favorece:


9

. O crescimento do fermento;

. A formação de ácidos orgânicos e glicerol.

Estes efeitos provocam uma consequente redução do rendimento em etanol. Por outro lado, uma redução do pH provoca um aumento do rendimento em álcool, porém se exerce um efeito estressante sobre a levedura, diminuindo-se seus teores de trealose (reservas de energia) e levando a uma queda da viabilidade celular. c) Efeitos da Concentração do Levedo:

Geralmente, o aumento da concentração de levedo dentro da dorna, acelera o processo fermentativo, consumindo mais rapidamente o açúcar, restringindo a atividade bacteriana. A concentração ótima de levedo deve ficar entre 9 a 12%. Valores acima deste limite máximo podem ser prejudiciais, pois aumenta a competição das células de levedura pelos sais existentes no meio fermentativo, e que são fundamentais na bioquímica da fermentação. d) Efeitos da Contaminação Bacteriana:

Nos substratos em fermentação, além da levedura alcoólica que é adicionada intencionalmente, outros microrganismos são também encontrados, uma vez que, em escala industrial, torna-se impraticável e mesmo antieconômica a esterilização completa dos meios de fermentação. Esses microrganismos pertencem a um grupo específico, denominado bactérias, que são, de um modo geral, responsáveis pelo possível fracasso de uma fermentação alcoólica.

No caso dos mostos formados a partir de caldo, melaço ou da mistura de ambos, destacam-se as bactérias pertencentes aos gêneros Lactobacillus, Clostridium, Bacillus, Aerobacter, Streptococcus, Leuconostoc, Acetobacter, como principais agentes responsáveis por contaminações das fermentações.

De acordo com os produtos do metabolismo desses grupos de microrganismos, essas bactérias podem ser denominadas:

Homofermentativas: quando o metabólito formado em maior proporção é o ácido láctico.

Heterofermentativas: quando além do ácido láctico, quantidade apreciáveis de

outros ácidos orgânicos (como butílico, acético, fórmico, etc.) são formadas.

Outras substâncias podem ser originadas do metabolismo de alguns desses microrganismos, como é o caso do dextrêneo e do levâneo, que são o resultado da ação de


10

bactérias dos gêneros Leuconostoc e Bacillus sobre a sacarose, desdobrando-a e dando formação a polímeros de alto peso molecular, os quais são constituídos por resíduos de glicose e frutose. Esses polímeros provocam o que chamamos de “floculação” do fermento, provocando a sua sedimentação para o fundo da dorna e sua consequente morte.

Essas bactérias, além de concorrerem na utilização do açúcar, afetando o rendimento em álcool, são também responsáveis pela diminuição da eficiência fermentativa da levedura, fenômeno esse tido como sendo o resultado da ação tóxica de alguns de seus produtos metabólicos, como é o caso do ácido láctico. e) Efeitos do Arejamento do Mosto:

O fornecimento de uma pequena quantidade de oxigênio às leveduras resulta em benefício na formação de esteróis e ácidos graxos insaturados necessários a um bom funcionamento das membranas das células. Entretanto, em função da intensidade do arejamento, uma oxigenação exagerada acarretará um maior desvio do açúcar para a produção de biomassa e ácidos orgânicos (especialmente succínico e acético), com maior produção de glicerol e redução drástica na eficiência fermentativa.

f) Efeitos da Concentração Excessiva de Açúcar: Embora seja vantajoso o fato das leveduras do gênero Saccharomyces estarem sujeitas à repressão catabólica (a partir de 0,3% de glicose ocorre inibição das enzimas do metabolismo oxidativo aeróbico), pois que estimulam o metabolismo anaeróbico (acoplado à formação do etanol), concentrações excessivas de açúcar podem comprometer de alguma forma a eficiência do processo fermentativo. O excesso de açúcar em uma dorna pode se dar por um elevado brix do mosto (acima do limite máximo permitido) ou por uma alimentação de mosto muito rápido, provocando os seguintes efeitos sobre a fermentação:

Aumento da formação do glicerol e consequente redução da produção de álcool; Redução dos níveis de trealose (reserva de energia), diminuindo a viabilidade

celular. O tempo de alimentação de uma dorna depende da concentração (brix) do mosto e do teor alcoólico (GL) do vinho: . Para GL > 8,5% = tempo de alimentação >= 4 horas. . Para GL < 8,0% = tempo de alimentação entre 3,0 a 3,5 horas.


11

g) Efeitos da Concentração Excessiva de Potássio e Cálcio no Mosto: Alguns cátions podem ser encontrados nos mostos industriais em concentrações tais que exercem um efeito depressivo sobre a fermentação, provocando um estresse sobre a levedura, reduzindo o seu conteúdo de trealose. Outro efeito é a redução da formação de ácido succínico pela levedura, que atua como agente esterilizante sobre as bactérias do meio. h) Efeitos do Nitrogênio Amoniacal (NH4

+): O nitrogênio na forma amoniacal (NH4

+) é encontrado no mosto e afeta diretamente o brotamento e a taxa de multiplicação do fermento. Destilarias com teores de NH4

+ maiores que 70 ppm no mosto, se tem temperatura da fermentação controlada e não perdem levedo nas centrífugas, apresentam problemas com excesso de levedura na dorna. Por outro lado, teores NH4

+ abaixo de 40 ppm, provocam uma redução da velocidade da fermentação, baixo brotamento e baixo rendimento fermentativo. Neste caso, deve-se complementar a quantidade mínima de NH4

+ através da dosagem de sais de uréia.

5) CENTRIFUGAÇÃO E TRATAMENTO ÁCIDO DO FERMENTO:

O processo de fermentação alcoólica mais utilizado no Brasil, atualmente, é o Mélle-Boinot, que consiste na recuperação das células de levedura de uma dorna, depois de concluída a fermentação e a consequente reutilização, na fermentação seguinte. A reutilização das células nas fermentações subsequentes minimiza a multiplicação celular e, portanto, o consumo de açúcar para esse fim passa a ser utilizado na atividade de conversão em álcool.

A recuperação do fermento é feita mediante a centrifugação do vinho resultante da fermentação do mosto, que resulta em dois fluxos: um constituído pelo vinho delevedurado, livre das leveduras, e uma suspensão de leveduras, denominada leite de levedura. Normalmente, a relação é de 90% de vinho delevedurado e de 10% de leite de levedura.

As centrífugas de vinho consistem de um rotor com boquilhas de descarga de sólidos. O vinho é alimentado continuamente pelo centro da centrífuga, sendo distribuído à periferia pelo chamado “cone de distribuição”, separando o “creme de levedura” de uma fração menos densa (vinho delevedurado).

O material a ser centrifugado deve ser o mais isento possível de partículas em suspensão, que podem ocasionar o entupimento ou desgaste das boquilhas por abrasão. Normalmente instalam-se filtros de vinho antes das centrífugas.


12

O vinho delevedurado é encaminhado à dorna volante e, então, para a destilaria. O

leite de levedura é encaminhado às cubas de tratamento onde é diluído com água na proporção usual de 2 volumes de água para 1 de leite (quando se trabalha com mosto de melaço) e proporção de 1:1, quando se trabalha com mosto de caldo de cana. Em seguida à adição de água, adiciona-se ácido sulfúrico até atingir-se pH entre 2,0 e 3,0, mantendo-se o leite de leveduras em repouso por 2 a 3 horas. Durante todo o tempo que durar o tratamento ácido, mantém-se a cuba sob agitação para promover uma boa mistura do leite de levedura, água e ácido.

O valor do pH a ser utilizado depende de fatores como:

Quantidade de bactérias presentes no meio fermentativo. Quanto maior o seu número, menor deve ser o pH.

Intensidade da floculação do fermento: quanto maior, menor deve ser o pH.

Normalmente estabelece-se o pH de desfloculação em testes no laboratório de microbiologia. Obs.: Deve-se tomar muito cuidado com a adição de ácido, pois pH muito baixo (menor

que 2,0) pode ser prejudicial à levedura, reduzindo a sua viabilidade celular.

6) DESTILAÇÃO:

A destilação é uma operação unitária de separação que se baseia nas diferenças de

volatilidades dos componentes de uma mistura líquida a serem separados. Ao se aquecer uma mistura líquida homogênea até a ebulição, as bolhas de vapor produzidas serão mais ricas nos componentes mais voláteis e, portanto, o líquido remanescente terá composição diferente da mistura original. Se o vapor produzido for removido e condensado, terá também composição diferente da mistura original. Repetindo esta operação várias vezes e utilizando-se o condensado de uma operação como a mistura da operação seguinte, pode-se efetuar a separação dos componentes constituintes da mistura original.

Uma coluna de destilação é um vaso cilíndrico que conta com dispositivos internos

para promover o contato líquido-vapor. Esses dispositivos de contato podem ser uma série de pratos ou bandejas (perfuradas, valvuladas ou calotadas) ou, ainda, um leito fixo de enchimento.

Quando uma coluna possui pratos acima e abaixo do ponto de alimentação (coluna fracionadora), existe a possibilidade de ambos os produtos, de topo e de fundo, serem ricos; o primeiro em componentes mais voláteis e o último nos menos voláteis. O vapor que sai do prato superior é condensado e parcialmente retornado ao prato de topo, como refluxo, a fim de garantir uma corrente líquida nos pratos localizados acima da alimentação.


13

O vapor de aquecimento é injetado na base da coluna e, em ascensão, troca calor e massa com o líquido descendente, de modo a se enriquecer no componente mais volátil enquanto que líquido vai se esgotando, isto é, se tornando mais rico nos componentes menos voláteis. Na situação ideal, as fases líquidas e vapor, que saem de um estágio, estariam em equilíbrio. Entretanto, na prática, isto não se verifica, e o desvio do equilíbrio está ligado à eficiência dos dispositivos de contato.

O vinho resultante da centrifugação do mosto fermentado é enviado para a dorna volante, o qual alimenta a destilaria, cuja finalidade é purificar e concentrar o álcool obtido na fermentação.

A destilaria é constituída por uma série de colunas de destilação, variando em número conforme o tipo e qualidade do álcool. Na grande maioria das destilarias, empregam-se colunas com pratos ou bandeja circulares com calotas. Modernamente existem aparelhos de destilação com bandejas perfuradas (sem calotas) ou valvuladas.

As colunas são compostas por gomos que contém uma série de bandejas em número e espaçamento variáveis. Esses gomos são ligados por flanges, de forma que as colunas podem ser desmontadas facilmente para limpeza e manutenção. As colunas são construídas em aço inox, dada a agressividade da mistura a ser destilada. Seu aquecimento é realizado, em geral, com vapor de escape das turbinas, ou com vapor vegetal proveniente do pré-evaporador. A injeção do vapor pode ser feita diretamente na base da coluna (borbotagem), ou de forma indireta, em trocadores de calor (refervedores). O aquecimento direto apresenta a desvantagem de aumentar o volume de efluentes, perdendo o condensado limpo, que poderia ser retornado às caldeiras (no caso do uso de vapor de escape).

O vinho, antes de entrar na primeira coluna (coluna “A”), é pré-aquecido na faixa de

75 a 80ºC no condensado “E”, passando, em seguida, pelo trocador de calor conhecido como “K”, onde troca calor com a vinhaça, que é retirada da base da coluna “A” a uma temperatura em torno de 105ºC. O vinho sai do trocador “K” com uma temperatura em torno de 90ºC, entrando em seguida na coluna “A”.

A coluna “A” é dividida em três partes:

Coluna de esgotamento do vinho: coluna “A”, propriamente dita.

Coluna de epuração do vinho: chamada de “A1” ou “A”.

Coluna de concentração de álcool de 2.º: chamada de coluna “D”.

O vinho é alimentado no topo da coluna “A1”, sendo esgotado à medida que desce a coluna, produzindo vinhaça que é extraída da base da coluna “A”. Os vapor alcoólicos produzidos na coluna através da energia fornecida pelo vapor, gera a corrente denominada flegma, cuja graduação varia em torno de 50% de álcool em volume (ºGL).


14

A coluna “D” recebe o vapor da “A1”, e realiza a concentração das impurezas de

cabeça ou álcool de Segunda (mais voláteis que o etanol). Os vapores gerados na coluna “D” seguem para os condensadores “R1” e “R2”, onde são resfriados com água. O condensado aí gerado é, em parte, reciclado à coluna “D” como refluxo, e a outra parcela constituí o álcool de Segunda, cujo teor alcoólico fica em torno de 92ºGL. Várias destilarias redestilam este álcool, juntamente com o vinho, enviando-o à dorna volante. Às vezes, a acidez deste álcool é muito grande, sendo necessária sua neutralização antes de misturá-lo ao vinho.

O flegma segue para a coluna seguinte, que é constituída de:

Coluna de retificação: coluna “B”.

Coluna de esgotamento: coluna “B1” ou “B’ “.

Desta coluna obtém-se a flegmaça como produto de fundo e o álcool hidratado (96ºGL) como produto de topo. Normalmente esta coluna é aquecida com vapor d’água injetado na base da mesma, e possuí três condensadores, a saber:

Condensador “E”: resfriado através do vinho.

Condensadores “E1” e “E2”: resfriados a água.

Extraí-se também desta coluna o óleo fúsel, constituído de produtos secundários da fermentação, representados por álcoois superiores, aldeídos e compostos orgânicos de elevados pontos de ebulição. O álcool hidratado é resfriado, passa pelo controle de qualidade, sendo estocado ou enviado para desidratação para produção de álcool anidro.

A mistura hidroalcoólica forma um composto azeótropo quando atinge a concentração de 96ºGL, não sendo mais possível separar o álcool da água por destilação convencional. Na maioria das usinas utiliza-se o benzeno (cada mais em desuso) ou o ciclo-hexano para promover a desidratação.

Na coluna de desidratação “C”, obtém-se o álcool anidro como produto de fundo. No topo estão os condensadores “H” e “H1” que condensam o refluxo na coluna onde, eventualmente adiciona-se o benzeno ou ciclo-hexano de reposição.

A coluna “C” possui um aquecedor indireto a vapor. A mistura ternária, composta de água/álcool/benzeno, é separada no decantador acoplado no topo da coluna “C”, em forma de camisa. A fase superior obtida no decantador é rica em benzeno, retornando ao processo de desidratação, e a porção inferior é encaminhada à coluna “P”, ou coluna de debenzolagem, onde é recuperado o benzeno.

Na coluna “P” obtém-se, como produto de fundo, uma fração de água e álcool, que retorna à coluna “B”, e no topo é condensada o benzeno (nos condensadores “I” e “I1”),


15

sendo que uma parcela retorna como refluxo para a própria coluna “P”, e o restante passa para a coluna “C”. Na coluna “P” é consumido vapor direto.

O processo de destilação extrativa, que utiliza um produto o mono-etilenoglicol (MEG), começou a ser utilizado, com sucesso, por algumas usinas na safra de 2001. O MEG é um produto que tem grande afinidade por água, separando-a do álcool. Por ser bem menos volátil que o álcool, esta mistura (MEG + água) desce para a base da coluna, sendo enviada para a coluna retificadora (coluna “R”), responsável pela separação do MEG, que também, por ser menos volátil que a água, sai pela base da coluna “R”, retornando para a coluna “C”, onde é reutilizado. A água sai pelo topo da coluna “R” e, após ser condensada, é enviada para a dorna volante, onde é misturada no vinho.

O álcool anidro vai para o topo da coluna “C”, onde sai na forma de vapor. Após ser condensado nos condensadores “H” e “H1”, parte volta para o topo da coluna “C” na forma de refluxo, e o restante é resfriado, passa pelo controle de qualidade, sendo finalmente enviado para os reservatórios de armazenamento. Fontes: . Manual de operação de Usinas e Destilarias. . Dedini - Indústrias de Base.

4° bi - apostila_6_fabricação de etanol_rv30.09

Documents