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FERMENTAÇÃO
DESCONTÍNUA
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BIORREATORES BIORREATORES
BIORREATORES OU REATORES BIOQUÍMICOS OU REATORES BIOLÓGICOS:
GRUPO 1. RETORES ENZIMÁTICOS: ONDE AS REAÇÕES OCORREM NA AUSÊNCIA DE CÉLULAS (REATORES BIOQUÍMICOS)
GRUPO 2: BIORREATORES ONDE AS REAÇÕES OCORREM NA PRESENÇA DE CÉLULAS (REATORES BIOLÓGICOS)
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BIORREATORES BIORREATORES
TIPOS DE BIORREATORES:
1. QUANTO AO TIPO DE BIOCATALISADOR (Células ou Enzimas)
2. QUANTO A CONFIGURAÇÃO (Células/ Enzimas Livres, Enzimas ou Células Imobilizadas)
3. QUANTO À FORMA DE AGITAÇÃO DO MEIO
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BIORREATORES BIORREATORES TIPOS DE BIORREATORES:
1. CÉLULAS OU ENZIMAS LIVRES:Reatores agitados mecanicamente (STR, Stirred tank
reactor; (também conhecidos como reatores de mistura e são utilizado em 90% dos casos);
Tamanho varia entre: 1 à 2 m3 (microrganismos patogênicos); 100 à 200 m3 (enzimas, antibióticos, vitaminas);Milhares de m3 (fermentação alcoólica).Configuração: tanque cilindrico cônico, relação
altura:diâmetro=2, equipados com chicanas para evitar vortices, e turbinas.
Reatores agitados pneumaticamente (Colunas de Bolhas-bubble column, Reatores Air- Lift);
Reatores de f luxo pistonado (plug- f low)
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BIORREATORES BIORREATORES
TIPOS DE BIORREATORES:
1. CÉLULAS OU ENZIMAS LIVRES:Reatores agitados pneumaticamente (Colunas de
Bolhas- bubble column, Reatores Air- Lift);Geralmente não possuem agitador mecânico,
geralmente agitados por borbulhamento de ar, menores tensões de cisalhamento (utilizados para cultivos de células animais e vegetais;
Reatores de f luxo pistonado (plug- f low)Inóculo e meio são misturados na entrada do
sistema.
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BIORREATORES BIORREATORES TIPOS DE BIORREATORES:
2. CÉLULAS OU ENZIMAS IMOBILIZADASReatores com Leito Fixo;Possuí elevada concentração celular, com muito pouca ou
nenhuma movimentação celular e isto aumenta a produtividade;
Reatores com Leito Fluidizado; intensa mobilidade celular devido a injeção de ar, gas inerte, ou recirculação do meio.
3. CELULAS OU ENZIMAS CONFINADAS EM MEMBRANAS
Reatores com membranas planas;Reatores de f ibra oca (hollow- fiber)
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BIORREATORES BIORREATORES
TIPOS DE BIORREATORES:
3. CELULAS OU ENZIMAS CONFINADAS EM MEMBRANAS
Reatores com membranas planas;Reatores de f ibra oca (hollow- fiber)Reatores em que as celulas f icam confinadas em
membranas semipermeáveis, que permite o f luxo de líquido, mas não de células.
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BIORREATORES BIORREATORES
TIPOS DE BIORREATORES:
4. REATORES EM FASE NÃO AQUOSA (Fermentação Semi- Sólida)
Ausência de “água livre”, umidade varia entre 30 e 80%
Reatores Estáticos (reatores com bandeja);
Reatores com agitação (tambores rotativos);
Reatores com leito f ixo;
Reatores com leito f luidizado gás- sólido.
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FORMAS DE CONDUÇÃO FORMAS DE CONDUÇÃO
DO PROCESSO FERMENTATIVO DO PROCESSO FERMENTATIVO 1. DESCONTÍNUO:Com um inóculo por tanque;Com recirculação de células.2. SEMICONTÍNUO:Sem recirculação de células;Com recirculação de céluas.3. Descontínuo Alimentado:Sem recirculação de células;Com recirculação de células.4. ContínuoExecutado em um reator (com ou sem
recirculação de células;Executados em vários reatores (com ou sem
recirculação de células.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUATambém conhecida como fermentação em batelada ou por carga é utilizada desde antiguidade, e ainda hoje são as mais empregadas para obtenção de vários produtos;
Operação: Carrega-se a dorna, com o mosto e os microrganismos, de modo a permitir que a fermentação ocorra em condições ótimas
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Terminada a fermentação, descarrega-se a dorna, Terminada a fermentação, descarrega-se a dorna, e o meio fermentado enviado para a recuperação e o meio fermentado enviado para a recuperação do produto, e novamente a dorna é utilizada para do produto, e novamente a dorna é utilizada para outra fermentação;outra fermentação;
Se não houver adição de soluções para controle Se não houver adição de soluções para controle do processo e nem perda de líquido por do processo e nem perda de líquido por evaporação, o volume no decorrer da evaporação, o volume no decorrer da fermentação, permanece constante.fermentação, permanece constante.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
A fermentação descontínua pode levar a baixos A fermentação descontínua pode levar a baixos rendimentos e produtividade, quando o substrato rendimentos e produtividade, quando o substrato é adicionado de uma só vez, podendo exercer é adicionado de uma só vez, podendo exercer inibição;inibição;
Apresenta “tempos mortos” tempos em que a Apresenta “tempos mortos” tempos em que a fermentação não esta ocorrendo, como tempo de fermentação não esta ocorrendo, como tempo de carga e de descarga, lavagens e esterilização dos carga e de descarga, lavagens e esterilização dos equipamentos.equipamentos.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Grande flexibilidade de operação;Grande flexibilidade de operação; Possibilidade de realizar fases sucessivas Possibilidade de realizar fases sucessivas
no mesmo recipiente;no mesmo recipiente; Condições de controle mais simples;Condições de controle mais simples; Capacidade de identificar todos os Capacidade de identificar todos os
materiais relacionados ao processo;materiais relacionados ao processo; Apresenta menores riscos de contaminação Apresenta menores riscos de contaminação
se comparada a fermentação contínua;se comparada a fermentação contínua; É o processo mais utilizado na indústria de É o processo mais utilizado na indústria de
alimentos (iogurte, cerveja, vinho, etc.alimentos (iogurte, cerveja, vinho, etc.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA INÓCULOINÓCULO
Inóculo, pé-de-cuba ou pé-de-fermentação é Inóculo, pé-de-cuba ou pé-de-fermentação é o quantidade adequada de microrganismo o quantidade adequada de microrganismo para garantir em condições econômicas a para garantir em condições econômicas a fermentação do volume do mosto;fermentação do volume do mosto;
Cepas: manutenção do microrganismos Cepas: manutenção do microrganismos selecionado em condições que possibilitem selecionado em condições que possibilitem manter sua viabilidade e capacidade manter sua viabilidade e capacidade reprodutiva;reprodutiva;
Condições de manutenção: secagem, em Condições de manutenção: secagem, em agar inclinado, congelados;agar inclinado, congelados;
Recuperação do microrganismo: depende Recuperação do microrganismo: depende da técnica que utilizou para sua da técnica que utilizou para sua preservaçãopreservação
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA MOSTOMOSTO
O microrganismo necessita de condições O microrganismo necessita de condições ótimas de crescimento (pH, temperatura, Oótimas de crescimento (pH, temperatura, O2 2 dissolvido, etc)dissolvido, etc)
O meio de cultura, mosto ou meio de O meio de cultura, mosto ou meio de fermentação tem influência marcante no fermentação tem influência marcante no processo;processo;
Deve possuir nutrientes requeridos para o Deve possuir nutrientes requeridos para o crescimento celularcrescimento celular
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA MOSTOMOSTO
Elementos principais: (C, H, O, N);Elementos principais: (C, H, O, N); Elementos secundários: (P, K, S, Mg);Elementos secundários: (P, K, S, Mg); Vitaminas e hormônios;Vitaminas e hormônios; Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co, Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co,
Cu, Zn)Cu, Zn) Na formulação de um meio de cultivo, Na formulação de um meio de cultivo,
deve-se levar em conta as deve-se levar em conta as necessidades desses nutrientes para a necessidades desses nutrientes para a formação dos produtos.formação dos produtos.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA Composição Elementar Típica de um Composição Elementar Típica de um
MicrorganismoMicrorganismo
ElementoElemento Porcentual no MOPorcentual no MOCarbonoCarbonoNitrogênioNitrogênioFósforoFósforoEnxofreEnxofreMagnésioMagnésio
50507-127-12
1-31-30.5-1,00.5-1,0
0,50,5
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUAMostoMosto
Um meio de cultura deve no mínimo Um meio de cultura deve no mínimo conter os elementos da célula na conter os elementos da célula na proporção correta;proporção correta;
Exceto para carbono, oxigênio e Exceto para carbono, oxigênio e hidrogênio, a formulação dos hidrogênio, a formulação dos nutrientes é baseada na Tabela nutrientes é baseada na Tabela anterior;anterior;
Os microrganismos coordenam Os microrganismos coordenam eficiente o seu catabolismo e eficiente o seu catabolismo e anabolismo;anabolismo;
O substrato limitante são as fontes de O substrato limitante são as fontes de energia para este metabolismoenergia para este metabolismo
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Tipos de MostoTipos de Mosto Meios naturais: (sucos de uvas, leite, Meios naturais: (sucos de uvas, leite,
caldo de cana, milhocina, etc);caldo de cana, milhocina, etc); Meios sintéticos: (meios quimicamente Meios sintéticos: (meios quimicamente
definidos);definidos); Alguns substratos (açúcares, melaços, Alguns substratos (açúcares, melaços,
soro de leite, celulose, amido, soro de leite, celulose, amido, resíduos, como água de maceração de resíduos, como água de maceração de milho, metanol, etanol, óleos e milho, metanol, etanol, óleos e gorduras, etc.gorduras, etc.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DESCONTÍNUOSDESCONTÍNUOS
1. Cada dorna recebe um inóculo;1. Cada dorna recebe um inóculo; 2. Processo com recirculação do 2. Processo com recirculação do
microrganismo;microrganismo; 3. Processo de cortes3. Processo de cortes
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA1. CADA DORNA RECEBE UM INÓCULO1. CADA DORNA RECEBE UM INÓCULO
Cada dorna recebe um microrganismo Cada dorna recebe um microrganismo propagada a partir de uma cultura propagada a partir de uma cultura pura;pura;
Pouco riscos de contaminação;Pouco riscos de contaminação; Fermentações com meios ricos e Fermentações com meios ricos e
passíveis de contaminação este tipo é passíveis de contaminação este tipo é indicado;indicado;
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA2. COM RECIRCULAÇÃO DE 2. COM RECIRCULAÇÃO DE
MICRORGANISMOSMICRORGANISMOS
Reaproveitamento do inóculo da cultura Reaproveitamento do inóculo da cultura anterior;anterior;
Espera-se que o microrganismo flocule Espera-se que o microrganismo flocule (cerveja), ou centrifuga-se o meio (cerveja), ou centrifuga-se o meio fermentado (álcool);fermentado (álcool);
Aumenta-se o risco de contaminação em Aumenta-se o risco de contaminação em cada nova batelada;cada nova batelada;
Necessidade de tratamento da suspensão Necessidade de tratamento da suspensão de células, com água e ácido sulfúrico, de células, com água e ácido sulfúrico, eliminando contaminantes e leveduras em eliminando contaminantes e leveduras em degeneração.degeneração.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA São utilizadas desde antiguidade e ainda hoje
são as mais utilizadas;No inicio da operação, a solução de nutrientes é
esterilizada dentro do femrmentado e então adicionado o inóculo de modo a permitir que o processo ocorra em condições ótimas;
No decorrer do processo, pode ser adicionado ar, antiespumante, ácido ou base, mas não mais o meio.
Terminada a operação descarrega- se a dorna, envia- se o fermentado para separação do produto, e a dorna é lavada e iniciado um novo processo.
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Os processos com recirculação de células, Os processos com recirculação de células, reaproveitam como inóculo os microrganismo de reaproveitam como inóculo os microrganismo de uma fermentação anterior;uma fermentação anterior;
Para tanto, espera a sedimentação do Para tanto, espera a sedimentação do microrganismo no fermentador (cervejarias), ou microrganismo no fermentador (cervejarias), ou centrifugação (etanol);centrifugação (etanol);
Porém para eliminar possíveis contaminação e Porém para eliminar possíveis contaminação e leveduras em degeneração, mantém-se o leveduras em degeneração, mantém-se o lêvedo, em água/ácido por 2 a 3 horas em pH lêvedo, em água/ácido por 2 a 3 horas em pH em torno de 2, em torno de 2,
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
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•Decantação: No final da fermentação, as levedurass vão para o fundo do fermentador;
• Separa-se o vino para a destilação por um tubo lateral;• Recupera-se as leveduras do fundo do tanque e reinicia nova fermentação• Em intervalos regulares, realiza-se o tratamento das leveduras com ácidos e e adição de farinhas.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
•Melle-Boinot• No final de la fermentação as células de leveduras são separadas do vinho por centrifugação;
• As leveduras são tratadas com H2SO4 (pH 2.5-3.0) por 3 h em tanques
menores conhecidos como cubas de tratamento onde recebem também nutrientes e oxigêno.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
• Melle-Boinot-Almeida: •No final da fermentação, o vinho sobrenadante é retirado da dorna por um tubo lateral, e enviado para centrífugação;• As células obtidas da centrifugação tem tratamentos conforme descrito anteriormente;•As leveduras então ativadas iniciam uma nova etapa de produção de álcohol.
+
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA3. PROCESSO DE CORTES3. PROCESSO DE CORTES
Inicia-se o processo normalmente em uma Inicia-se o processo normalmente em uma Dorna A;Dorna A;
Quando a fermentação atingir a fase adequada, Quando a fermentação atingir a fase adequada, passe a metade do volume da Dorna A, para passe a metade do volume da Dorna A, para uma Dorna B, até então vazia;uma Dorna B, até então vazia;
Em seguida completa-se o volume das duas Em seguida completa-se o volume das duas dornas;dornas;
Os cortes podem ser feitos na fase de Os cortes podem ser feitos na fase de crescimento mais ativa, ou no final da crescimento mais ativa, ou no final da fermentação;fermentação;
Estes cortes podem ser feitos sucessivamente, Estes cortes podem ser feitos sucessivamente, mas podem sofrer sérias quedas no mas podem sofrer sérias quedas no rendimento do processo. rendimento do processo.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA SISTEMA DE CORTES
+
• • Corte: Quando o processo estiver em plena atividade, isto cuando o Brix do mosto baixar a metade do valor de início da fermentação divide-se e volume pela metade colocando parte do mosto em outra dorna;• Completa-se o volume das duas dornas com o mosto de alimentação;• Uma delas deixe fermentar até o final e o vinho é enviado para a destilação;• Em outro fermentador, quando el Brix baixar a metade, realiza-se outro corte.
Inóculo
Atenuação (50 %)
Mosto
+
Corte (50 %)
Fermenador1 Fermentador 2
Atenuación (100 %) Atenuación (50 %)
mosto mosto
cortedestilação
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA SISTEMA DE CORTES
A sucessão de cortes, pode proporcionar serias A sucessão de cortes, pode proporcionar serias quedas no rendimento do processo, quando o quedas no rendimento do processo, quando o meio não é esterilizado;meio não é esterilizado;
O número de cortes não pode ser previsto, O número de cortes não pode ser previsto, depende da situação em que se encontra o depende da situação em que se encontra o processo;processo;
As particularidades e experiência adquirida no As particularidades e experiência adquirida no dia a dia, é que vai propor modificações no dia a dia, é que vai propor modificações no processo visando aumentar o rendimento e processo visando aumentar o rendimento e produtividade.produtividade.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
NÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
Tendo em vista, o alto custo de um Tendo em vista, o alto custo de um fermentador, bem como otimizar o espaço fermentador, bem como otimizar o espaço que ocupa, é necessário definir o número que ocupa, é necessário definir o número de dornas para uma empresa produzir o de dornas para uma empresa produzir o que deseja;que deseja;
BORZANI, sugeriu uma metodologia para BORZANI, sugeriu uma metodologia para calcular o número de fermentadores para calcular o número de fermentadores para um processo descontínuo. um processo descontínuo.
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUANÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
Considere, uma instalação funcionando Considere, uma instalação funcionando por processo descontínuo, onde o líquido por processo descontínuo, onde o líquido fermentado deva abastecer de maneira fermentado deva abastecer de maneira inenterrupta, o setor de separação dos inenterrupta, o setor de separação dos produtosprodutos
BORZANI, sugeriu uma metodologia para BORZANI, sugeriu uma metodologia para calcular o número de fermentadores para calcular o número de fermentadores para um processo descontínuo. um processo descontínuo.
![Page 36: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/36.jpg)
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUANÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
F: vazão média de liquido fermentado;F: vazão média de liquido fermentado; ttff: tempo necessário para que o conteúdo : tempo necessário para que o conteúdo
da dorna fermente completamente;da dorna fermente completamente; V: capacidade útil da dorna;V: capacidade útil da dorna; D: número de dornas;D: número de dornas; ttdd: tempo necessário para se descarregar : tempo necessário para se descarregar
uma dorna;uma dorna; ttcc: tempo necessário para se limpara e : tempo necessário para se limpara e
carregar uma dorna;carregar uma dorna;
![Page 37: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/37.jpg)
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
NÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
O valor da vaza F, depende dos seguintes O valor da vaza F, depende dos seguintes fatores:fatores:
i. da quantidade de produto final que se i. da quantidade de produto final que se deseja obter na unidade de tempo;deseja obter na unidade de tempo;
ii. do rendimento dos tratamentos finais, ii. do rendimento dos tratamentos finais, que devem conduzir ao produto desejado;que devem conduzir ao produto desejado;
iii. da concentração do produto final no iii. da concentração do produto final no líquido fermentado, que sua vez é função líquido fermentado, que sua vez é função do processo de fermentação;do processo de fermentação;
![Page 38: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/38.jpg)
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
NÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
Se Se MM, é a massa de produto final que interessa , é a massa de produto final que interessa produzir em um tempo produzir em um tempo tt, sendo , sendo rr o rendimento o rendimento dos tratamento finais e com dos tratamento finais e com CC a concentração do a concentração do produto final no líquido fermentado, então tem-produto final no líquido fermentado, então tem-se que: se que:
rtCMF
..=
![Page 39: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/39.jpg)
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
NÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
O valor médio de tO valor médio de tff, por sua vez, depende do , por sua vez, depende do processo de feermentação enquanto que o processo de feermentação enquanto que o tempo de descarga pode ser calculado por: tempo de descarga pode ser calculado por:
FVtd =
![Page 40: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/40.jpg)
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
NÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
A capacidade útil de cada dorna depende do A capacidade útil de cada dorna depende do fabricante;fabricante;
Dorna com centenas de metros cúbicos, são de Dorna com centenas de metros cúbicos, são de dificeis controle, principalmente de agitação e de dificeis controle, principalmente de agitação e de aeração:aeração:
Para o dimensionamento da dorna, propõe-se Para o dimensionamento da dorna, propõe-se que:que:
Essa igualdade, facilita a avaliação de DEssa igualdade, facilita a avaliação de D
dc tt =
![Page 41: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/41.jpg)
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUANÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
Consideremos uma dorna que será identificada com Consideremos uma dorna que será identificada com Dorna 1, em início de trabalho, no intervalo de Dorna 1, em início de trabalho, no intervalo de tempo , e ela será limpa e carregada; tempo , e ela será limpa e carregada; decorrido um intervalo de temp tdecorrido um intervalo de temp tff, o líquido nela , o líquido nela contido estará completamente fermentado e após, contido estará completamente fermentado e após, outro intervalo de tempo toutro intervalo de tempo tdd, ele se estará vazia e em , ele se estará vazia e em condições de reinciar o ciclo de trabalho; condições de reinciar o ciclo de trabalho;
Para que não ocorra interrupção de fornecimento de Para que não ocorra interrupção de fornecimento de material fermentado, quando terminar a descaraga material fermentado, quando terminar a descaraga da Dorna 1, deverá existir outra Dorna 2, pronta para da Dorna 1, deverá existir outra Dorna 2, pronta para ser descarregada. Quando a terminar a descarga da ser descarregada. Quando a terminar a descarga da Dorna 2, outra Dorna deverá está pronta para Dorna 2, outra Dorna deverá está pronta para descarga. Esta sequencia pode ser visualizadada na descarga. Esta sequencia pode ser visualizadada na Figura a seguir:Figura a seguir:
dc tt =
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FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUANÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS
td tf
td td
D1 Dn D1
Inicio do preparo da dorna
Fim da Carga
Fim da fermentação
Tempo
Fim da descarga
Cronograma de funcionamento de dornas de um sistema descontínuo
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NÚMERO DE DORNAS
VtF
D
tt
D
tttD
f
d
f
fdd
).(2
2
).1(
+=
+=
+=−
F, V e tf, devem ser conhecidos
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EXEMPLO DE FERMENTAÇÃO CONTÍNUA:
PRODUÇÃO DE ETANOL
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MATÉRIA PRIMACANA DE AÇÚCAR
![Page 46: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/46.jpg)
MOAGEM DA CANA:
OBJETIVO: AUMENTAR A EXTRAÇÃO DE SACAROSE DA CANA, MELHORANDO A EFICIÊNCIA DA MOENDA.
![Page 47: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/47.jpg)
TRATAMENTO DO CALDO:
OBJETIVO: RETIRAR DO CALDO AS IMPUREZAS MENORES QUE NÃO FORAM RETIDAS NO PENEIRAMENTO, ESTAS IMPUREZAS SÃO BASICAMENTE DO TIPO: SOLÚVEIS, COLOIDAIS E INSOLÚVEIS.
![Page 48: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/48.jpg)
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
![Page 49: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/49.jpg)
O PROCESSO DE FERMENTAÇÃO MAIS
COMUMENTE UTILIZADO NAS
DESTILARIAS DO BRASIL É O MELLE-
BOINOT, CUJA CARACTERÍSTICA
PRINCIPAL É A RECUPERAÇÃO DE
LEVEDURAS ATRAVÉS DA CENTRIFU-
GAÇÃO DO VINHO.
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O PROCESSO CONSISTE BASICAMENTE
NO USO DE SOLUÇÃO DE AÇÚCAR
PRONTA PARA FERMENTAÇÃO DO
MOSTO, FORMADO POR CALDO
TRATADO E MELAÇO, COM
CONCENTRAÇÃO FINAL DE APROX. 18º
BRIX.
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INICIALMENTE A DORNA DE FERMENTAÇÃO
É ALIMENTADA COM A LEVEDURA
PREVIAMENTE TRATADA E PREPARADA EM
CERCA DE 1/3 DO SEU VOLUME, ESTE É O
CHAMADO PÉ-DE-CUBA, SENDO O MOSTO
ALIMENTADO EM SEGUIDA DE MANEIRA
GRADUAL, POIS A RÁPIDA FORMAÇÃO DE
CO2, PODERÁ CAUSAR DANOS À DORNA POR
EXPANSÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO.
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OS AÇÚCARES SÃO TRANSFORMADOS
EM ÁLCOOL, SEGUNDO A REAÇÃO
SIMPLIFICADA DE GAY LUSSAC:
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 23,5 KCAL
![Page 53: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/53.jpg)
COMO PODEMOS VERIFICAR NA
EXPRESSÃO ANTERIOR, O PROCESSO
DE FERMENTAÇÃO GERA CALOR QUE
DEVE SER RETIRADO PARA QUE AS
LEVEDURAS MANTENHAM AS
CONDIÇÕES IDEAIS REQUERIDAS.
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O RESFRIAMENTO DE DORNA NO
BRASIL E NOS DEMAIS PAÍSES
TROPICAIS PODE SER FEITO DE DUAS
FORMAS:
• SERPENTINA
• TROCADOR DE CALOR A PLACAS
EXTERNO
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A SEGUNDA OPÇÃO É A MAIS
MODERNA E MAIS EFICIENTE, JÁ QUE
O TROCADOR PROPORCIONA UMA
MELHOR HOMOGENEIDADE DA
TEMPERATURA NO INTERIOR DA
DORNA COM A SANITARIEDADE QUE
NA SERPENTINA ACABA FICANDO
COMPROMETIDA.
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O TEMPO DE FERMENTAÇÃO VARIA EM
FUNÇÃO DO TIPO DE LEVEDURA
EMPREGADA, GRAU BRIX DO MOSTO E
DE OUTROS FATORES MENORES.
ATUALMENTE O TEMPO VARIA ENTRE 6
E 8 HORAS COM UM TEOR ALCOÓLICO
DE ATÉ 10ºGL (10% EM VOLUME) NO
FINAL DO PROCESSO.
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O PRODUTO FORMADO NO FINAL
PASSA A SE CHAMAR VINHO QUE APÓS
A CENTRIFUGAÇÃO PARA SEPARAÇÃO
DAS LEVEDURAS, ESTE PASSA A SE
CHAMAR VINHO DELEVEDURADO E
ENTÃO É ENCAMINHADO PARA A
DESTILARIA PARA A OBTENÇÃO DO
ÁLCOOL HIDRATADO E ANIDRO.
![Page 58: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/58.jpg)
A TEMPERATURA RECOMENDADA PARA
SE MANTER AS DORNAS É DE 32ºC,
SENDO ESTE PATAMAR EXTREMA-
MENTE INFLUENCIADO PELA
TEMPERATURA AMBIENTE, JÁ QUE É
UTILIZADA ÁGUA DE TORRE DE
RESFRIAMENTO COMO FONTE FRIA.
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EXISTEM ESTUDOS DE SE MANTER A DORNA COM
TEMPERATURAS INFERIORES A 32ºC, MAS NESTE
PATAMAR SERÁ NECESSÁRIO UM RESFRIAMENTO
COMPLEMENTAR ATRAVÉS DE REFRIGERAÇÃO
MECÂNICA (COMPRESSOR FRIGORÍFICO,
EVAPORADOR, CONDENSADOR, ETC.) OU ATRAVÉS
DE EJETOR UTILIZANDO VAPOR D´ÁGUA COMO
MOTOR TÉRMICO, PORÉM ATÉ O MOMENTO NÃO FOI
ATINGIDO O EQUILÍBRIO TÉCNICO-ECONÔMICO.
![Page 60: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/60.jpg)
OS PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO DIVIDEM-SE
BASICAMENTE EM DOIS TIPOS: TIPO BATELADA E
DO TIPO CONTÍNUA, SENDO O PRIMEIRO O MAIS
COMUM E COM MENORES PROBLEMAS DE
CONTAMINAÇÃO, NO SEGUNDO REDUZ-SE O TEMPO
MORTO ENTRE CICLOS, PORÉM FICA MAIS EXPOSTO
AO RISCO DE SE PERDER TODO O MOSTO DAS
DORNAS POR CONTAMINAÇÃO, EXIGINDO DESTA
FORMA UM CONTROLE MICROBIOLÓGICO MAIS
RIGOROSO.
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UMA OUTRA TENDÊNCIA PARA MELHORAR A
FERMENTAÇÃO, É O USO DE AGITADOR
MECÂNICO NO INTERIOR DA DORNA PARA
HOMOGENEIZAR A TEMPERATURA INTERNA,
ESTE DISPOSITIVO PERMITE UMA
ATUALIZAÇÃO DAS DORNAS MAIS ANTIGAS
ONDE A CIRCULAÇÃO DO MOSTO COM AS
LEVEDURAS, PODE SER INTENSIFICADA.
![Page 62: Aula UNILINS 27 05 06 - debiq.eel.usp.brjoaobatista/AULA7FERMENTACAODESCONT_NUA.pdf · membranas semipermeáveis, que permite o fluxo de líquido, mas não de células. BIORREATORES](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022708/5be7b15109d3f246788ce269/html5/thumbnails/62.jpg)
CONTAMINANTES NA FERMENTAÇÃO
EM VIRTUDE DA MATÉRIA-PRIMA (CANA DE
AÇÚCAR) ESTAR EXPOSTA A VÁRIOS
MICROORGANISMOS NO CAMPO, A
PRESENÇA DE LEVEDURAS SELVAGENS E
BACTÉRIAS NO CALDO É INEVITÁVEL.
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EM ESCALA INDUSTRIAL TORNA-SE
IMPRATICÁVEL E TAMBÉM ANTI-ECONÔMICA
A ESTERILIZAÇÃO DOS MEIOS DE
FERMENTAÇÃO, RESTANDO AO USUÁRIO O
CONTROLE DO NÍVEL DE CONTAMINAÇÃO
NAS FASES DO PROCESSO ATRAVÉS DE
ESTERILIZAÇÃO DOS PONTOS CRÍTICOS E
DO USO DE ANTIBIÓTICOS NOS CASOS DE
ALTO GRAU.
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OS AGENTES CONTAMINANTES DO MOSTO ACABAM
POR REDUZIR O RENDIMENTO DA FERMENTAÇÃO
POR DUAS RAZÕES:
• ALGUMAS BACTÉRIAS HOMOFERMENTATIVAS TÊM
COMO RESÍDUOS DO SEU METABOLISMO VÁRIOS
ÁCIDOS, TAIS COMO: LÁTICO, BUTÍRICO, ACÉTICO,
FÓRMICO, ETC.; QUE SÃO TÓXICOS PARA AS
LEVEDURAS ALCOÓLICAS REDUZINDO ASSIM SEU
METABOLISMO, E CONSEQÜENTEMENTE A
QUANTIDADE DE ÁLCOOL PRODUZIDA;
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• COMO SE TRATA DA ATIVIDADE
METABÓLICA DAS LEVEDURAS ALCOÓLICAS,
O ALIMENTO DISPONÍVEL PARA ESTAS
(AÇÚCAR PRESENTE NO MOSTO), É
REDUZIDO EM FUNÇÃO DA CONCORRÊNCIA
COM OS DEMAIS MICROORGANISMOS, A
QUANTIDADE DE ÁLCOOL PRODUZIDA
TAMBÉM É MENOR MEDIANTE A PRESENÇA
DESTES CONTAMINANTES.
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AS DESTILARIAS MAIS MODERNAS JÁ ESTÃO
UTILIZANDO TROCADORES DE CALOR A PLACAS
SANITÁRIOS NO LUGAR DOS DO TIPO CASCO E
TUBOS, QUE ALÉM DE NÃO TEREM PONTOS DE
ACÚMULO DE MATERIAL QUE PODEM GERAR
FOCOS DE CONTAMINAÇÃO, SÃO FÁCEIS DE
LIMPAR QUIMICAMENTE SEM DESMONTAGEM,
OU QUANDO REQUER DESMONTAGEM, A
SANITIZAÇÃO É RÁPIDA.
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ESTE CUIDADO COM EQUIPAMENTOS
SANITÁRIOS INICIA DESDE OS
REGENERADORES DE CALDO MISTO COM
CALDO DECANTADO/CLARIFICADO,
PASSANDO PELAS TUBULAÇÕES, CONEXÕES,
VÁLVULAS, FLANGES E TERMINA DAS
DORNAS E SEUS PERIFÉRICOS
(RESFRIADORES, SPRAY-BALLS, BOMBAS DE
MOSTO, ETC.)
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UMA BOA PRÁTICA PARA AS USINAS QUE NÃO
DISPÕEM DE DECANTADOR/ CLARIFICADOR DE
CALDO É A PASTEURIZAÇÃO DO CALDO BRUTO COM
O USO DE TROCADORES TIPO FREE-FLOW, QUE
PERMITEM A PASSAGEM DE CALDO COM
BAGACILHO E REDUZEM O GRAU DE
CONTAMINAÇÃO DENTRO DE NÍVEIS ACEITÁVEIS
PELO PROCESSO FERMENTATIVO.
OUTROS CUIDADOS:
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O VINHO DELEVEDURADO COM UM TEOR
ALCOÓLICO DE 7 A 10º GL, É ENCAMINHADO À
DESTILARIA PARA PROCESSAMENTO.
INICIALMENTE O VINHO PASSA PELO
CONDENSADOR CHAMADO “E” NO TOPO DA COLUNA
B TAMBÉM CHAMADA DE RETIFICADORA, É ENTÃO
PRÉ-AQUECIDO NO TROCADOR “K” SITUADO NO “PÉ”
DA COLUNA A TAMBÉM CHAMADA DE
ESGOTAMENTO, ATRAVÉS DA VINHAÇA QUE SAI,
ENTRANDO NA PARTE SUPERIOR CHAMADA DE A1.
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O VINHO VAI DESCENDO E ESGOTANDO-SE
DE ÁLCOOL ATÉ CERCA DE 40/50ºGL
QUANDO É CHAMADO DE FLEGMA,
DEIXANDO ESTA COLUNA PARA SER
ENCAMINHADO À COLUNA B. O
ESGOTAMENTO CONTINUA ATÉ QUE O
PRODUTO DE FUNDO DE COLUNA CHAMADO
VINHAÇA É RETIRADO COM UM TEOR
ALCOÓLICO MÁXIMO DE 0,03ºGL.
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A FLEGMA AO ENTRAR NA COLUNA B VAI
DESALCOOLIZANDO-SE ATÉ A SAÍDA DO
PRODUTO DE FUNDO CHAMADO FLEGMAÇA, O
ÁLCOOL HIDRATADO COM UM TEOR MÁXIMO
DE 97,2% É RETIRADO NO TOPO DESTA COLUNA
E TEM DOIS ENCAMINHAMENTOS, SENDO UM
PARA RESFRIAMENTO E POSTERIOR
ESTOCAGEM E O SEGUNDO PARA A COLUNA DE
DESIDRATAÇÃO, TAMBÉM CHAMADA C.
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A INTERLIGAÇÃO DESTAS DUAS COLUNAS (B
E C) MODERNAMENTE É FEITA ATRAVÉS DE
UM TANQUE, PULMÃO CONTENDO ÁLCOOL
QUENTE, ESTE RECURSO É EMPREGADO
PARA SE CONSEGUIR UM FUNCIONAMENTO
MAIS REGULAR DA COLUNA DE
DESIDRATAÇÃO, MELHORANDO ASSIM O
RENDIMENTO DESTA.
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EM FUNÇÃO DA MISTURA BINÁRIA ÁLCOOL-
ÁGUA SE TORNAR AZEOTRÓPICA NA
CONCENTRAÇÃO DE 97,2%, O PONTO DE
EBULIÇÃO DOS COMPONENTES ACONTECE
NA MESMA TEMPERATURA,
IMPOSSIBILITANDO A SEPARAÇÃO POR
DESTILAÇÃO, PARA SE OBTER O ÁLCOOL
ANIDRO (99,6ºGL).TEMOS QUE FAZER O USO
DE ARTIFÍCIOS ESPECIAIS PARA
DESIDRATAÇÃO.
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O BRASIL DISPÕEM DE VÁRIAS
TECNOLOGIAS DE DESIDRATAÇÃO DE
ÁLCOOL, QUE A SEGUIR RELACIONAMOS:
• CICLO BENZENO (ATUALMENTE PROIBIDO
EM FUNÇÃO DE SER CANCERÍGENO, PORÉM
FOI MUITO UTILIZADO NO PASSADO);
• CICLO HEXANO O MAIS UTILIZADO
ATUALMENTE EM FUNÇÃO DA MIGRAÇÃO DO
CICLO BENZENO PARA ESTE;
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• PENEIRA MOLECULAR;
• MEG (MONO ETILENO GLICOL).
A ESCOLHA DE UMA DAS TECNOLOGIA
DISPONÍVEIS É FEITA EM FUNÇÃO DA
LEGISLAÇÃO, CUSTOS INDUSTRIAIS E DE
INVESTIMENTOS. AS DUAS ÚLTIMAS
TECNOLOGIAS PERMITEM UM CONSUMO DE
VAPOR NA DESTILAÇÃO BASTANTE REDUZIDO,
COMPARANDO-SE COM AS ANTERIORES,
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DESTACA-SE A ÚLTIMA QUE FOI
DESENVOLVIDA NO BRASIL E JÁ ENCONTRA-
SE EM CERCA DE 10% DAS DESTILARIAS
BRASILEIRAS POIS PERMITE A MIGRAÇÃO
SIMPLES, DO CICLO HEXANO PARA O MEG
SEM MODIFICAÇÕES RADICAIS NO
PROCESSO.
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O PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO POR
HEXANO OU MEG CONSISTE BASICAMENTE
EM SE ADICIONAR UM DESTES “TRATORES”
QUE ALTERA A TEMPERATURA DE EBULIÇÃO
DA MISTURA, FORMANDO UM TERNÁRIO
(ÁLCOOL-ÁGUA-AGENTE) E FAZ COM QUE O
ÁLCOOL FIQUE COM UM PONTO DE
EBULIÇÃO SUPERIOR AO DA MISTURA ÁGUA-
AGENTE, SENDO ESTE RETIRADO NO PÉ DA
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COLUNA C, E OS VAPORES DE ÁGUA-
AGENTE SÃO CONDENSADOS NO TOPO
DA COLUNA, SEPARADOS NA COLUNA P
E O AGENTE RECUPERADO PARA UM
NOVO CICLO.
Projetos Mecânicos Noções básicas sobre desenvolvimento de projetos mecânicos José Queiroz - Unilins
DISCIPLINA 101.014 – TECNOLOGIA DOS PROCESSOS CONSTRUTIVOS UNILINS – AULA 14 –LESÕES NAS EDIFICAÇÕES