KEILA DA SILVA LOPES

AVALIAO DA ETAPA DE CLARIFICAO DO LEO DE SOJA

ATRAVS DE PLANEJAMENTO COMPOSTO CENTRAL E

INVESTIGAO DO POTENCIAL DE MELHORIA ENERGTICA NO

PROCESSAMENTO DA SOJA

CURITIBA

2008

KEILA DA SILVA LOPES

AVALIAO DA ETAPA DE CLARIFICAO DO LEO DE SOJA

ATRAVS DE PLANEJAMENTO COMPOSTO CENTRAL E

INVESTIGAO DO POTENCIAL DE MELHORIA ENERGTICA NO

PROCESSAMENTO DA SOJA

Dissertao apresentada como requisito parcial obteno do grau de Mestre em Engenharia de Processos Trmicos e Qumicos, do Curso de Ps-Graduao em Engenharias (PIPE), da Universidade Federal do Paran.

Orientadora: Prof Dr Maria Jos J. de Santana Ponte

Co-Orientador: Prof. Marcelo Risso Errera, Ph. D

CURITIBA

2008

Dedico esta dissertao aos

meus pais pelo apoio e

dedicao.

AGRADECIMENTOS

A toda minha famlia, meus pais e meu irmo, pelo incentivo, pela confiana

e pelo carinho que sempre tiveram comigo.

A Prof. Dra. Maria Jos J. de Santana Ponte pela amizade, compreenso,

apoio e principalmente pela orientao.

Ao Prof. Marcelo Risso Errera, Ph. D. pelos comentrios e sugestes que

propiciaram o enriquecimento deste trabalho.

A Dra. Nice M. S. Kaminari pelo apoio, pacincia e ajuda com o

planejamento composto central.

Ao Laboratrio de Eficincia Energtica e Exergtica da Indstria da Soja

(LEIS) onde foi realizada toda a parte experimental.

todos os colegas do Laboratrio de Eficincia Energtica e Exergtica da

Indstria da Soja (LEIS) pelo apoio e pacincia.

empresa Imcopa - Importao, Exportao e Indstria de leos Ltda, por

ceder o leo e realizar as anlises de cor.

A todos os amigos que me incentivaram e apoiaram durante todo este

trabalho.

RESUMO

Atualmente, o consumidor prefere leos vegetais mais claros, e tem a opo

de escolha, quando o compara atravs da sua forma exposta nas embalagens

transparentes. Com isto, so reforados a ateno e o empenho das refinadoras de leo

em manter o produto no padro previamente estabelecido pelo parecer tcnico do

controle de qualidade.

A clarificao a etapa que remove o excesso de pigmentos, corantes em

geral, resduos de sabes, fosfatdeos e metais pesados do leo, utilizando terras

clarificantes no processo de adsoro. Atravs desta etapa espera-se manter esse

padro de qualidade exigido pelo mercado. Com o objetivo de melhorar a eficincia do

processo alguns parmetros foram estudados: porcentagem em massa de adsorvente e

temperatura, para trs dos principais tipos de adsorventes utilizados na indstria de

refino de leo vegetal. Em funo do pequeno nmero de modelos matemticos para

essa etapa, optou-se por utilizar a metodologia do Planejamento Composto Central e

assim obter correlaes ajustadas para remoo de cor a partir dessas variveis.

Os trs adsorventes apresentaram bons resultados de remoo de cor e

interao entre quantidade de massa e temperatura. Os melhores resultados ocorreram

para os ensaios: Perform 4000 a temperatura de 75C e massa de adsorvente de 5%,

Supreme 180FF a temperatura de 95C e massa igual a 1%, e B80 Natural a 95C e

5% de massa.

Foi tambm realizado um balano energtico na indstria do processamento da

soja uma vez que correntes trmicas so muito utilizadas. O objetivo deste balano :

identificar a quantidade de energia utilizada em cada uma das etapas do processo e

quais dessas etapas tm o maior consumo energtico; avaliar o consumo de gs

natural; e fazer uma comparao entre esses dados com os do processo realizado com

cogerao.

A cogerao aumenta o consumo de gs natural em cerca de 120%, no

entanto, so produzidos no total cerca de 162kWh de energia eltrica por tonelada de

gros de soja.

Palavras-chave: clarificao, planejamento composto central, consumo energtico,

cogerao.

ABSTRACT

Currently, the consumer prefers clarificated vegetable oils and compares them

through their way out in transparent packaging. This demand reinforced the attention

and commitment of oil refinery to keep the product in the pattern previously

established by the technical parameters of the quality control.

The bleaching process is the step that removes excess of pigments, colorants

in general, waste of soaps, phosphates and heavy metals of the oil and delays the

rancidity and oxidation of the oil, using adsorbent earths in the process of adsorption.

It is expected, by this stage, to keep this standard of quality demanded by the market.

Aiming to improve the efficiency of the process some parameters were studied: bulk

percentage of adsorbent and temperature of three main adsorbents used by industry.

On account of the small amount of mathematical models used for, it was choose the

Central Composite Design (CCD) methodology to obtain correlations for colors

removal.

The three analyzed adsorbents present good results in removal of color and

interaction between mass quantity and temperature. The best result occurred for the

specific conditions: Perform 4000 adsorbent at 75C and adsorbent mass of 5%,

Supreme 180FF adsorbent at 95C and mass equal to 1%, and B80 Natural adsorbent

at 95C and 5% of mass.

It was also conducted an industrial energetic balance for the processing of

soybeans once thermal currents are much used. The purpose of this balance are:

identify the used energy amount for each process steps and which of these steps have

the greater energy consumption; evaluate the natural gas consumption and make a

comparison between these obtained dates with the process conducted with

cogeneration. It was concluded that the cogeneration increases the consumption of

natural gas by about 120%. However, It was produced an amount of approximately

162kWh of electricity per ton of soybean beans.

Keywords: bleaching, central composite design, energy consumption, cogeneration.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 PASES PRINCIPAIS PRODUTORES DE GROS SOJA DO MUNDO E SEUS

PERCENTUAIS......................................................................................................20 FIGURA 2 CAPACIDADE INSTALADA DE PROCESSAMENTO DE SOJA DOS

PRINCIPAIS ESTADOS PRODUTORES DO BRASIL NO ANO DE 2006........21 FIGURA 3 CAPACIDADE INSTALADA DE REFINO DE LEO DE SOJA DOS

PRINCIPAIS ESTADOS PRODUTORES DO BRASIL NO ANO DE 2006........21 FIGURA 4 VALORES DE EXPORTAO DA SOJA E SEUS DERIVADOS RELATIVOS

AOS ANOS DE 2000 A 2007 ................................................................................23 FIGURA 5 ETAPAS DO PREPARO DOS GROS PARA EXTRAO..............................28 FIGURA 6 EXTRATOR DE SMET..........................................................................................32 FIGURA 7 ESQUEMA DO STRIPPER....................................................................................34 FIGURA 8 DESODORIZAO CONTNUA COM RECUPERAO INTERNA DE

CALOR....................................................................................................................48 FIGURA 9 DESODORIZADOR SEMICONTNUO - TIPO GIRDLER..................................50 FIGURA 10 INSUMOS E PRODUTOS EM UM SISTEMA DE COGERAO.....................51 FIGURA 11 CICLOS TRMICOS DE COGERAO..............................................................55 FIGURA 12 ESQUEMA DOS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NOS ENSAIOS

EXPERIMETAIS.....................................................................................................58 FIGURA 13 LOVIBOND TINTOMETER AF 710-3..................................................................58 FIGURA 14 PLANEJAMENTO COMPOSTO CENTRAL PARA TRS FATORES...............62 FIGURA 15 MONTAGEM DOS EQUIPAMENTOS.................................................................66 FIGURA 16 COMPARAO ENTRE O LEO (A) ANTES E (B ) DEPOIS DA

CLARIFICAO....................................................................................................67 FIGURA 17 DECOMPOSIO DO DESVIO EM RELAO MDIA GLOBAL , ( )yiy ,

NA SOMA DAS PARCELAS ( )iyiy E ( )yiy ...............................................72 FIGURA 18 VOLUME DE CONTROLE TOTAL DO PROCESSAMENTO DA SOJA..........76 FIGURA 19 FLUXOGRAMA DO PROCESSAMENTO DA SOJA..........................................77 FIGURA 20 ESQUEMA DE COGERAO..............................................................................79 FIGURA 21 DISTRIBUIO DOS RESDUOS PARA A EQUAO (33), PERFORM 4000,

COR AMARELA.....................................................................................................88 FIGURA 22 DISTRIBUIO DOS RESDUOS PARA A EQUAO (34), PERFORM 4000,

COR AMARELA.....................................................................................................88 FIGURA 23 VALORES PREVISTOS X VALORES OBSERVADOS, PERFORM 4000, COR

AMARELA..............................................................................................................89 FIGURA 24 VALORES PREVISTOS X VALORES OBSERVADOS, PERFORM 4000, COR

VERMELHA...........................................................................................................89 FIGURA 25 DISTRIBUIO DOS RESDUOS PARA A EQUAO (35), SUPREME

180FF, COR AMARELA........................................................................................91 FIGURA 26 DISTRIBUIO DOS RESDUOS PARA A EQUAO (36), SUPREME

180FF, COR VERMELHA......................................................................................91 FIGURA 27 VALORES PREVISTOS X VALORES OBSERVADOS, SUPREME 180FF, COR

AMARELA..............................................................................................................92 FIGURA 28 VALORES PREVISTOS X VALORES OBSERVADOS, SUPREME 180FF, COR

VERMELHA...........................................................................................................92 FIGURA 29 DISTRIBUIO DOS RESDUOS PARA A EQUAO (37), B80 NATURAL,

COR AMARELA.....................................................................................................94 FIGURA 30 DISTRIBUIO DOS RESDUOS PARA A EQUAO (38), B80 NATURAL,

COR VERMELHA..................................................................................................94

FIGURA 31 VALORES PREVISTOS X VALORES OBSERVADOS, B80 NATURAL, COR AMARELA..............................................................................................................95

FIGURA 32 VALORES PREVISTOS X VALORES OBSERVADOS B80 NATURAL, COR VERMELHA...........................................................................................................95

FIGURA 33 REMOO DE COR AMARELA PARA T X M PARA O PERFORM 4000.....97 FIGURA 34 GRFICO DE CONTORNO T X M PARA A COR AMARELA, PERFORM

4000..........................................................................................................................97 FIGURA 35 REMOO DE COR VERMELHA T X M PARA O PERFORM 4000...............98 FIGURA 36 GRFICO DE CONTORNO T X M PARA A COR VERMELHA, PERFORM

4000..........................................................................................................................98 FIGURA 37 REMOO DE COR AMARELA T X M, SUPREME 180FF.............................99 FIGURA 38 GRFICO DE CONTORNO T X M PARA A COR AMARELA, SUPREME

180FF.....................................................................................................................100 FIGURA 39 REMOO DE COR VERMELHA PARA T X M, SUPREME 180FF.............100 FIGURA 40 GRFICO DE CONTORNO T X M PARA A COR VERMELHA, SUPREME

180FF.....................................................................................................................101 FIGURA 41 REMOO DE COR AMARELA T X M, B80 NATURAL...............................102 FIGURA 42 GRFICO DE CONTORNO T X M PARA A COR AMARELA, B80

NATURAL............................................................................................................102 FIGURA 43 REMOO DE COR VERMELHA T X M, B80 NATURAL............................103 FIGURA 44 GRFICO DE CONTORNO T X M PARA A COR VERMELHA, B80

NATURAL............................................................................................................103 FIGURA 45 COMPARAO DO CONSUMO DE ENERGIA E PRODUO DE ENERGIA

ELTRICA ENTRE OS VOLUMES DE CONTROLE.......................................107 FIGURA 46 COMPARAO DO CONSUMO DE GN PARA OS PROCESSOS COM E SEM

COGERAO.......................................................................................................108

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 DADOS DAS EXPORTAES DE SOJA E SEUS DERIVADOS......................24 TABELA 2 PROPRIEDADE DOS ADSORVENTES UTILIZADOS NA ETAPA DE

CLARIFICAO DE LEOS VEGETAIS...........................................................43 TABELA 3 CARACTERSTICAS DOS ADSORVENTES UTILIZADOS.............................57 TABELA 4 MATRIZ DE PLANEJAMENTO...........................................................................65 TABELA 5 CODIFICAO DAS VARIVEIS PARA O PROCESSO DE

CLARIFICAO....................................................................................................65 TABELA 6 QUANTIDADE DA MASSA DE ADSORVENTE E M GRAMAS (G)...............66 TABELA 7 TABELA DE ANLISE DA VARINCIA (ANOVA).........................................74 TABELA 8 RESULTADOS EM EFICINCIA DE REMOO DE COR (%R):....................82 TABELA 9 RESULTADOS EM EFICINCIA DE REMOO DE COR (%R):....................82 TABELA 10 RESULTADOS EM EFICINCIA DE REMOO DE COR (%R):....................83 TABELA 11 PARMETROS ESTIMADOS PARA A EQUAO 31, PERFORM 4000, COR

AMARELA..............................................................................................................84 TABELA 12 PARMETROS ESTIMADOS PARA A EQUAO 31, PERFORM 4000, COR

VERMELHA...........................................................................................................84 TABELA 13 PARMETROS ESTIMADOS PARA A EQUAO 31, SUPREME 180FF,

COR AMARELA.....................................................................................................85 TABELA 14 PARMETROS ESTIMADOS PARA A EQUAO 31, SUPREME 180FF,

COR VERMELHA..................................................................................................85 TABELA 15 PARMETROS ESTIMADOS PARA A EQUAO 31, B80 NATURAL, COR

AMARELA..............................................................................................................86 TABELA 16 PARMETROS ESTIMADOS PARA A EQUAO 31, B80 NATURAL, COR

VERMELHA...........................................................................................................86 TABELA 17 ANLISE DE VARINCIA PARA O AJUSTE DA EQUAO (33)................87 TABELA 18 ANLISE DE VARINCIA PARA O AJUSTE DA EQUAO (34)................87 TABELA 19 ANLISE DE VARINCIA PARA O AJUSTE DA EQUAO (35)................90 TABELA 20 ANLISE DE VARINCIA PARA O AJUSTE DA EQUAO (36)................90 TABELA 21 ANLISE DE VARINCIA PARA O AJUSTE DA EQUAO (37)................93 TABELA 22 ANLISE DE VARINCIA PARA O AJUSTE DA EQUAO (38)................93 TABELA 23 VAZO DE MATRIA-PRIMA E PRODUTOS................................................105 TABELA 24 CONSUMO DE VAPOR......................................................................................105 TABELA 25 ENERGIA CONSUMIDA E MASSA DE GS NATURAL SEM

COGERAO.......................................................................................................106 TABELA 26 CONSUMO DE GS NATURAL COM COGERAO......................................107

LISTA DE SIGLAS

ABIOVE - Associao Brasileira das Indstrias de leos Vegetais

AGL - cidos Graxos Livres

AGROGAS II - Desenvolvimento de Solues a Gs Natural para Gerao

Distribuda e Aumento de Eficincia Energtica no Setor

Agroindustrial

AOCS - American Oil Chemists' Society

B - Baum

DT - Dessolventizador-Tostador

EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria

GN - Gs Natural

HP - Fosfolpideos Hidratveis

MQO - Mtodo dos Mnimos Quadrados Ordinrios

NHP - Fosfolpideos No Hidratveis

OB - leo Bruto

OC - leo Clarificado

OD - leo Degomado

ODE - leo Desodorizado

ON - leo Neutro

PCC - Planejamento Composto Central

PCI - Poder Calorfico Inferior

USDA - United States Department of Agriculture

VC - Volume de Controle

LISTA DE SMBOLOS

Ads - Adsorvente

Cf - Colorao do leo neutro (escala Lovibond)

Ci - Colorao do leo clarificado (escala Lovibond)

Cp - Calor especfico

l - Nmero de nveis

F - Valor da estatstica F (distribuio F de Snedecor)

Fc - Valor da estatstica F calculado

Ft - Valor da estatstica F tabelado

G - Nmero de pontos do planejamento relativos ao fatorial completo

h - Entalpia (kJ/kg)

H0 - Hiptese nula

H1 - Hiptese alternativa

k - Nmero de fatores (variveis utilizadas no PCC)

M - Massa de adsorvente (% em massa)

M - Demanda (kg/t de soja)

M& - Vazo mssica (kg/h)

MQ - Mdia Quadrtica

MQR - Mdia Quadrtica devida ao modelo

MQres - Mdia Quadrtica devida aos resduos

n - Nmero de pontos experimentais

n0 - Nmero de pontos centrais

p - Nmero de parmetros do modelo ajustado

PCI - Poder calorfico inferior (kJ/kg)

MM - Massa molecular (kg/kgmol)

Pu - Potncia til

Q - Demanda energtica (kJ/t de soja)

Q& - Calor por unidade de tempo (kJ/h)

HQ& - Calor total (kJ/h)

LQ& - Perda de calor (kJ/h)

SQ& - Calor transferido ao processo (kJ/h)

R - Eficincia de remoo de cor

R2 - Coeficiente de correlao mltipla

SQR - Soma quadrtica devida ao modelo

SQres - Soma quadrtica devida aos resduos

SQT - Soma quadrtica total

t - Estatstica t de Student

t - Tonelada

T - Nmero de pontos adicionados ao planejamento de modo a estimar os

coeficientes de 2. ordem

T - Temperatura (C)

eW& - Trabalho (kJ/h)

eleW& - Eletricidade gerada na planta

X - Matriz das variveis

Xi, Xj - Valores das variveis codificadas ieX - Frao mssica de entrada (e) para o componente i isX - Frao mssica de sada (s) para o componente i

Y - Vetor das respostas dos ensaios experimentais

iy - Valor observado

y - Mdia de todas as observaes

iy - Valor predito

LETRAS GREGAS

- Valor codificado correspondente ao nvel mais alto assumido pelas variveis

durante os experimentos

- Nvel de significncia, teste t

- Vetor dos parmetros do modelo

i - Parmetro do modelo correspondente a varivel Xi na equao de ajuste

ii - Parmetro do modelo do termo de segunda ordem na equao de ajuste

ij - Coeficiente do termo correspondente interao entre as variveis Xi e Xj - Vetor do erro aleatrio

- Eficincia do queimador

CHP - Eficincia do efeito combinado

ele - Eficincia do ciclo de potncia

- Graus de liberdade

SOBRESCRITO

A - gua

Ads - Adsorvente

AGL - cidos graxos livres

AO - cido olico

Ar - Ar

C - Cascas

F - Flocos

FA - Farelo

G - Goma

H - Hexano

M - Miscela

OB - leo bruto

OC - leo clarificado

OD - leo degomado

ODE - leo desodorizado

ON - leo neutro

S - Soja

Sa - Sabes

t - Transposta

T - Torta

SUBSCRITO

amb - ambiente

C - Condensao

e - Entrada

L - Lquido

s - Sada

V - Vapor

SUMRIO

1 INTRODUO ..................................................................................................19

1.1 MOTIVAO .....................................................................................................23

1.2 APRESENTAO DA DISSERTAO...........................................................25

2 REVISO BIBLIOGRFICA..........................................................................26

2.1 EXTRAO ........................................................................................................26

2.1.1 Prensagem mecnica ou expeller ......................................................................26

2.1.2 Extrao com solventes.....................................................................................27

2.1.2.1 Preparao do gro.........................................................................................27

2.1.2.2 Extrao..........................................................................................................31

2.1.2.3 Destilao da miscela.....................................................................................33

2.1.2.4 Dessolventizao do farelo ............................................................................34

2.1.3 Processo misto...................................................................................................36

2.2 DEGOMAGEM ...................................................................................................36

2.3 NEUTRALIZAO ............................................................................................37

2.3.1 Neutralizao Descontnua................................................................................38

2.3.2 Processo Standard .............................................................................................39

2.3.3 Processo Zenith .................................................................................................39

2.4 BRANQUEAMENTO OU CLARIFICAO....................................................40

2.4.1 Adsorventes.......................................................................................................42

2.4.2 O processo da clarificao ................................................................................43

2.4.3 Filtrao.............................................................................................................44

2.5 DESODORIZAO............................................................................................45

2.5.1 Tecnologia do Processo de Desodorizao.......................................................47

2.6 COGERAO .....................................................................................................51

2.6.1 Sistemas de cogerao.......................................................................................53

3 MATERIAL E MTODOS...............................................................................56

3.1 MATERIAIS ........................................................................................................56

3.1.1 Adsorventes.......................................................................................................56

3.2 EQUIPAMENTOS...............................................................................................57

3.2.1 Colormetro .......................................................................................................58

3.3 MTODOS...........................................................................................................59

3.3.1 Planejamento .....................................................................................................59

3.3.1.1 Planejamento Composto Central (PCC) ........................................................60

3.3.2 Preparo e realizao experimentos de clarificao ...........................................66

3.3.3 Tratamento dos dados de clarificao ...............................................................68

3.3.3.1 Tratamento preliminar dos dados...................................................................68

3.3.3.2 Estimativa dos Parmetros dos Modelos Matemticos..................................68

3.3.4 Tratamento dos dados do consumo energtico .................................................76

3.3.4.1 Balano Mssico ............................................................................................78

3.3.4.2 Balano Energtico ........................................................................................78

3.3.4.3 Clculo do consumo de Gs Natural..............................................................79

4 APRESENTAO DOS RESULTADOS E DISCUSSES..........................81

4.1 TAXA DE REMOO OBTIDA NO PROCESSO DE CLARIFICAO ......81

4.1.1 Resultados obtidos ............................................................................................81

4.1.2 Ajuste da eficincia de remoo como funo das variveis............................83

4.1.2.1 Perform 4000..................................................................................................84

4.1.2.2 Tonsil Supreme 180FF...................................................................................85

4.1.2.3 B80 Natural ....................................................................................................86

4.1.3 Anlise da varincia e testes de significncia para a remoo de cor...............87

4.1.3.1 Perform 4000..................................................................................................87

4.1.3.2 Tonsil Supreme 180FF...................................................................................90

4.1.3.3 B80 Natural ....................................................................................................93

4.2 ANLISE DAS SUPERFCIES DE RESPOSTA...............................................96

4.2.1 Anlise do comportamento da taxa remoo (%R) de cor amarela e vermelha

para o adsorvente Perform 4000....................................................................................97

4.2.2 Anlise do comportamento da taxa remoo (%R) de cor amarela e vermelha

para o adsorvente Supreme 180FF ................................................................................99

4.2.3 Anlise do comportamento da taxa remoo (%R) de cor amarela e vermelha

para o adsorvente B80 Natural ....................................................................................102

4.3 AVALIAO DO CONSUMO ENERGTICO DO PROCESSAMENTO DA

SOJA PARA OBTENO DO LEO REFINADO .................................................105

5 CONCLUSO ..................................................................................................109

6 RECOMENDAES PARA TRABALHOS FUTUROS............................111

REFERNCIAS ........................................................................................................112

APNDICES ..............................................................................................................116

ANEXOS.....................................................................................................................146

19

1 INTRODUO

A cultura da soja apresenta destaque no cenrio agrcola nacional. Cultivada

em uma rea de mais de 12 milhes de hectares, responsvel por mais de 30 milhes

de toneladas de gros, o que equivale aproximadamente 37% do volume total de

gros produzidos no Brasil. A criao da cultivar Tropical pelos pesquisadores da

Embrapa Soja levou a soja para as regies de clima tropical no Brasil (Centro-Oeste,

Nordeste e Norte). A partir da, inmeras outras cultivares nacionais foram criadas

para dar estabilidade ao cultivo de soja nas chamadas regies de fronteira agrcola

onde a soja utilizada como cultura desbravadora, deixando na terra, aps sua

colheita, nutrientes necessrios para o cultivo de feijo e milho. Alm disso, a soja

viabilizou a implantao de indstrias de leo, fomentou o mercado de sementes e deu

estabilidade explorao econmica das terras onde antes s existiam matas e

cerrados.

No Brasil, at meados dos anos 60 a soja no tinha importncia econmica

dentre as culturas principais, como cana-de-acar, algodo, milho, arroz, caf, laranja

e feijo. No entanto, a partir do final dos anos 60, a produo de soja teve crescimento

extraordinrio, alterando-se sua importncia relativa no cenrio nacional e

internacional.

A expanso da soja aconteceu nos anos 70, como uma produo tipicamente

agroindustrial. Atingiu um pico em 1989, com 24 milhes de toneladas, caindo no

incio da dcada de 90, abaixo de 20 milhes t/ano, mas recuperando-se

progressivamente, at superar a marca de 30 milhes de toneladas na safra 1997/98,

marca que vem se mantendo com exceo do ano 2005, devido a problemas de

estiagem ou de chuvas em demasia fora do perodo.

Apesar do surgimento de novos competidores, como a Argentina e o Paraguai,

o Brasil continua detendo expressivas parcelas no mercado internacional. Na Figura 1,

pode-se observar que o pas ocupa o segundo lugar dentre os pases que so os maiores

produtores de gros de soja sendo responsvel por 27% da produo mundial.

20

EUA33%

Brasil27%

Argentina21%

China7%

ndia4%

Outros8% EUA

BrasilArgentinaChinandiaOutros

FIGURA 1 PASES PRINCIPAIS PRODUTORES DE GROS SOJA DO MUNDO E SEUS PERCENTUAIS FONTE: USDA1 NOTA: PREVISO SAFRA 2007/2008

Com velocidade semelhante da expanso do plantio foram criadas unidades

industriais esmagadoras que transformam a soja em gro, em leo e farelo bruto e, em

menor proporo, indstrias para refino do leo destinado alimentao humana, que

ainda o mais consumido mundialmente e compete diretamente com o leo de palma.

A expanso do uso de leos vegetais no Brasil aconteceu tambm nos anos 70,

principalmente com o leo de soja, com o interesse crescente da indstria refinadora

de leos e demanda do mercado internacional. Desde ento, as indstrias de leos

vegetais vm se fortalecendo com tecnologias de processamento que conferem ao leo

caractersticas apropriadas para o consumo humano.

O Estado do Paran detm a maior capacidade instalada de processamento de

oleaginosas. Em 2006 tinha uma capacidade para processar at 32.950 t/dia de gros

(23% do total processado no pas), como apresentada na Figura 2. Porm, o Estado de

So Paulo que detm a maior capacidade de refino 5850 t/dia (29,2% do total

processado no pas) frente capacidade do Paran de apenas 3.160 t/dia de leo

(15,8% do total processado no pas), como mostrada na Figura 3.

1 USDA United States Department of Agriculture.

21

PR23%

RS16%

MT15%

GO13%

SP11%

MS7%

Outros15% PR

RSMTGOSPMSOutros

FIGURA 2 CAPACIDADE INSTALADA DE PROCESSAMENTO DE SOJA DOS PRINCIPAIS ESTADOS PRODUTORES DO BRASIL NO ANO DE 2006 FONTE: ABIOVE (2007).

PR16%

RS10%

MT12%

GO14%

SP29%

MS3%

Outros16%

PRRSMTGOSPMSOutros

FIGURA 3 CAPACIDADE INSTALADA DE REFINO DE LEO DE SOJA DOS PRINCIPAIS ESTADOS PRODUTORES DO BRASIL NO ANO DE 2006 FONTE: ABIOVE (2007).

A industrializao de oleaginosas constitui-se num dos mais importantes

setores do sistema agroindustrial, pela importncia de seus produtos nas indstrias de

cosmticos e como matria prima no processamento de alimentos para o consumo

animal e humano, segundo Paraso (2001).

O processo convencional contnuo para refino de leos vegetais se divide em

algumas etapas que dependem do tipo de leo (variedade de oleaginosas) e qualidade

22

do leo bruto. Os leos vegetais brutos so extrados mecanicamente por prensagem

e/ou pelo contato com um solvente.

A extrao por solvente, desde seu surgimento, mostrou-se o modo mais

interessante de se extrair leos vegetais de suas matrizes. O sucesso do processo a

solvente est em sua capacidade de reduzir a nveis bastante baixos o resduo de leo

presente em materiais oleaginosos. O solvente que se estabeleceu, desde o incio, foi a

frao hexano do petrleo, que alm de vir de uma fonte no-renovvel de matria-

prima, traz consigo os infortnios atrelados ao mercado do petrleo, sendo ainda

txico e inflamvel.

Neste caso, aps a extrao, o leo forma com o solvente uma mistura

denominada miscela, da qual recupera-se o solvente por evaporao seguida de

esgotamento com vapor de arraste. J a corrente de leo bruto, ainda ligeiramente

contaminado com o solvente, segue para o processo de refino.

O leo bruto composto de uma mistura de triglicrides (que a forma bsica

do leo de soja), cidos graxos livres, fosfatdeos (entre eles lecitina), compostos

oxigenados, pigmentos (caroteno, xantofilas, clorofilas), gossipol, quinomas,

dicetonas, volteis diversos, entre outros. A importncia nutricional dos leos vegetais

se deve ao seu alto valor energtico e presena de vitaminas, cidos graxos

essenciais e antioxidantes naturais.

Para consumo humano o leo deve ser composto essencialmente por

triglicerdeos; o refinamento ou purificao do leo ento necessrio para remover as

impurezas indesejveis e a acidez, presentes naturalmente nos leos, ou formadas nas

etapas anteriores do processamento, que lhe imputam caractersticas indesejveis e

aceleram sua rancificao e oxidao. As etapas envolvidas neste processamento so:

degomagem, desacidificao por via fsica (refino fsico) ou por adio de soda

custica (refino qumico), clarificao e desodorizao.

23

1.1 MOTIVAO

O crescimento da demanda por produtos com maior valor agregado e a

oportunidade de obteno de maior volume de divisas com a sua exportao exige

grandes modificaes na estrutura, no tamanho e na tecnologia de produo das

empresas de processamento de soja no Brasil. Essas modificaes visam atender

demanda crescente, a melhoria de rendimento e, principalmente, a reduo dos custos

no consumo de energia.

Na Figura 4, apresentam-se os valores de exportao da soja e derivados, em

milhes de toneladas relativos aos anos de 2000-2007, pode-se observar que a

exportao do leo fica abaixo da exportao do farelo e dos gros.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007(P)

Ano

Valo

r (U

S$ m

ilhe

s)

leoGroFarelo

FIGURA 4 VALORES DE EXPORTAO DA SOJA E SEUS DERIVADOS RELATIVOS AOS ANOS DE 2000 A 2007 FONTE ABIOVE (2007).

No entanto, a Tabela 1 apresenta que o maior valor pago por tonelada

justamente atribudo ao leo, que por ser o mais industrializado traz mais divisas para

o nosso pas e tambm geram mais postos de trabalho. grande o potencial de

aplicao e gerao de emprego na indstria de refino de leo de soja.

24

TABELA 1 DADOS DAS EXPORTAES DE SOJA E SEUS DERIVADOS

ANO 2006 VOLUME

(1000 toneladas)

VALOR

(US$/tonelada)

VALOR

(US$ Milhes)

GRO 24956 227 5665

FARELO 12332 196 2418

LEO 2419 496 1200

TOTAL - - 9283 FONTE: ABIOVE 2007

Alm disso, a padronizao um item de exigncia crescente do mercado

consumidor de leos vegetais, acentuada recentemente devido ao uso de embalagens

transparentes, que implica na conseqente uniformizao de cor do produto. A cor dos

leos conferida pelos pigmentos presentes e a despigmentao realizada na etapa

de clarificao.

A motivao deste trabalho buscar uma correlao para o processo de

clarificao, visto que no existem muitos modelos na literatura para esta etapa. Alm

disso, o processamento dos gros de soja atravs da extrao com solvente tem um alto

consumo energtico, sendo assim, o seu estudo de grande importncia.

25

1.2 APRESENTAO DA DISSERTAO

Esta dissertao est dividida em seis captulos, descritos a seguir:

No Captulo 2 apresentada uma descrio da composio do leo de soja,

com o objetivo de ressaltar a importncia do processo de refino, e uma reviso

bibliogrfica sobre todo o processamento da soja, desde sua chegada indstria at a

obteno do leo refinado.

No Captulo 3 apresentada a metodologia utilizada para as duas partes deste

trabalho:

Descrio das etapas da simulao do processo de clarificao em bancada, o aparato experimental empregado, o planejamento experimental

e o tratamento preliminar dos dados.

O fluxograma do processo de obteno de leo de soja, bem como, as equaes utilizadas nos balanos de massa e energia, para a avaliao do

consumo energtico.

No Captulo 4 so apresentados e discutidos os resultados obtidos.

No Captulo 5 so feitas as concluses sobre o trabalho, os comentrios finais

e as sugestes e recomendaes para futuras pesquisas.

No Captulo 6 so descritas as recomendaes e sugestes para trabalhos

futuros.

26

2 REVISO BIBLIOGRFICA

Este captulo tem como objetivo geral apresentar uma breve reviso dos

aspectos bsicos do processo industrial tpico de obteno do leo refinado de soja, e

tambm focalizar a importncia da etapa de clarificao. A indstria de refino de leos

tem um papel determinante, que rene um conjunto de recursos operacionais,

envolvendo reaes e separaes fsicas, convertendo o leo vegetal cru em produto

comestvel.

2.1 EXTRAO

A extrao o processo que retira o leo do interior do gro obtendo como

produtos o leo e o farelo (torta). Os mtodos comumente empregados nessa operao

so: a prensagem, a extrao por solvente ou a combinao desses dois processos,

chamado de misto.

2.1.1 Prensagem mecnica ou expeller

efetuada com prensas contnuas que operando sob alta presso produzem

uma torta com teor de leo que varia de 3 a 4 %, em massa. A prensa consiste de um

cesto formado por barras de ao retangulares distanciadas, por meio de lminas, cuja

espessura varia de acordo com a semente. O espaamento das barras regulado para

permitir a sada do leo e ao mesmo tempo agir como filtro para as partculas do

resduo de prensagem (torta). O leo sai pelas laterais enquanto no centro do cesto gira

uma rosca que movimenta o material para frente, comprimindo-o ao mesmo tempo

(MORETTO e FETT, 1998).

Algumas desvantagens deste mtodo so: a baixa capacidade de

processamento de 50 a 80 t de soja/dia; o leo bruto (OB) extrado apresenta odor e

sabor mais forte do que o obtido no processo com solvente (SNYDER, 1987); alm de

consumir muita energia, em mdia 65 kWh para cada tonelada de soja.

27

2.1.2 Extrao com solventes

O processo de extrao por solventes o mais eficiente em termos de

consumo de energia e residual de torta. Este consome em torno de 20 a 25 kWh por

tonelada de soja e gera um residual de torta em torno de 0,8%, sendo assim o processo

mais utilizado pelas indstrias (PARASO, 2001; CUSTDIO, 2003 e KARNOFSKY,

1986).

O solvente utilizado atualmente o hexano que tem ponto de ebulio

prximo de 70C o que facilita sua posterior remoo. O processo pode recuperar at

98% do leo, em comparao com os 80-90% provenientes da prensagem hidrulica

(SHREVE, 1977).

O processo, no seu todo, mais complexo do que a extrao por meio de

prensas, e abrange em detalhes:

2.1.2.1 Preparao do gro

A seguir sero descritas as operaes para a preparao do gro, apresentadas

na Figura 5, que tm como objetivo, obter uma matria-prima em condies de se

realizar uma extrao rpida e econmica.

28

FIGURA 5 ETAPAS DO PREPARO DOS GROS PARA EXTRAO

FONTE: CUSTDIO (2003).

O processo de preparao do gro comea ainda no campo. Geralmente a soja

colhida quando atinge a umidade em torno de 18%, pois alm de consumir menos

energia para secagem, nessa faixa de umidade ela considerada como madura. Isto

quer dizer que a soja est com porcentagem de ardidos (ndice de acidez) baixa, o

que minimizar a quantidade de soda custica (NaOH) na etapa de neutralizao.

A soja ento passa pela etapa de pr-secagem, onde atinge a umidade de 13%

(SILVA, 20052; HEUERT3, 2004 citado por MARQUES, 2006), que a ideal para seu

2 SILVA, L. C. da. Secagem de gros. Boletim Tcnico: AG: 04/05. Departamento de Engenharia

Rural, UFES. 2005.

3 HEUERT, K. Gros da semente ao consumo. Ano III, n15, jun., 2004. p. 29-31.

GROS DO CAMPO

PR-SECAGEM

ARMAZENAGEM

LIMPEZA

SECAGEM

ARMAZENAGEM

PARA

CONDICIONAMENTO

QUEBRA E

DESCASQUE

CONDICIONAMENTO

A VAPOR

LAMINAO

EXPANSO

SLIDOS PARA O

EXTRATOR

29

armazenamento e transporte at as indstrias de processamento.

Quando chega indstria, o primeiro procedimento o de limpeza dos gros

para a remoo de materiais que podem contaminar os produtos, reduzir a capacidade

do extrator e danificar o equipamento de processamento. Os slidos passam por duas

peneiras vibratrias. Na primeira ficam materiais maiores que os gros e materiais

leves. Na segunda ficam os gros de soja e passam materiais menores que estes

(CUSTDIO, 2003).

A soja , em geral, descascada antes do seu beneficiamento. Isto porque as

cascas tm contedos inferiores de leo e protena, geralmente tm baixo teor de leo,

alto teor de fibras e so muito abrasivas, provocando desgaste dos equipamentos.

Para um descasque eficiente, os gros so secos at um teor de cerca de 10%

de umidade e armazenados durante 1 a 5 dias para que haja equilbrio de umidade no

interior do gro (SNYDER, 1987).

O objetivo da quebra de reduzir as dimenses do material slido para

facilitar os processos subseqentes de condicionamento e laminao, alm de ainda

permitir a separao das cascas. A quebra dos gros se faz, em geral, em dois pares de

rolos estriados e rotativos. Em cada par, a velocidade de cada rolo diferente com o

objetivo de provocar ao cisalhante nos gros. As estrias so mais profundas e menos

numerosas no primeiro par e em maior nmero no segundo par de rolos, promovendo a

quebra dos gros de forma tima quando cada um deles dividido em quatro a oito

partes (ERICKSON, 1995).

Para o descascamento ou decortizao da soja, existem atualmente trs

mtodos que so mais utilizados:

o mtodo convencional em que as cascas so separadas aps a quebra e antes do condicionamento e da laminao;

o mtodo da decortizao a quente, os gros recebem tratamento trmico inicial com ar quente para soltar as cascas. A separao feita por impacto

mecnico ou frico durante a quebra dos gros entre dois rolos

corrugados. As cascas so removidas da massa por aspirao

30

(ERICKSON, 1995);

o mtodo Popping no qual as cascas so removidas aps tratamento trmico com diviso das sementes em leito fluidizado, antes mesmo da

quebra e da laminao.

No condicionamento faz-se a injeo direta de vapor nos gros, de modo a se

aumentar ao mesmo tempo sua umidade e temperatura. O condicionamento apresenta

vrios benefcios:

controle da umidade e da coagulao parcial de protenas; incremento na permeabilidade das clulas; aglomerao das gotculas de leo; reduo na viscosidade do leo; melhora na plasticidade do material a ser floculado (laminado); aquecimento para extrao em temperatura tima. O objetivo da laminao o de aumentar a superfcie de contato

slido/solvente. Durante a laminao, o material slido passa entre dois rolos que

rompem e distorcem as clulas. Em conseqncia, melhora-se simultaneamente a

permeabilidade no interior das partculas slidas (que aps a laminao recebem a

denominao de flocos) e a percolabilidade do solvente num meio composto por

camadas de flocos. Tem-se assim, maior contato entre as fases e melhor penetrao e

drenagem do solvente no leito (PARASO, 2001).

Flocos muito finos apresentam elevada permeabilidade, mas produzem leitos

com baixa percolabilidade. Por outro lado, flocos mais espessos apresentam menor

permeabilidade, mas formam leitos com alta percolabilidade. H, portanto, uma

condio tima de operao na qual se tem boa permeabilidade no floco e

percolabilidade no leito (CUSTDIO, 2003).

A ltima etapa de preparao dos gros a expanso. O expansor consiste, na

verdade, em um extrusor. As partculas aps condicionamento e laminao so

comprimidas a temperaturas bem superiores do ponto de ebulio da gua. Ao

atingirem a sada do expansor, a reduo abrupta da presso, causa um aumento de

31

volume em conseqncia da expanso sbita da umidade sob a forma de vapor,

modificando as propriedades do material extrusado. Este material mais compacto,

porm mais poroso que as lminas, facilitando a extrao do leo por solvente.

As principais vantagens da expanso (ou extruso) so:

acrscimo da densidade em relao ao material laminado; a massa extrusada mais porosa e no restringe a percolabilidade do

solvente;

melhor drenagem do material slido ao final da extrao, resultando em uma remoo de leo mais completa, um menor arraste de solvente pelos

slidos e conseqentemente menor consumo de energia durante a

dessolventizao (ERICKSON, 1995).

2.1.2.2 Extrao

Extrao semicontnua

A extrao desse tipo efetuada empregando-se uma bateria de 3 a 6

extratores que apresentam tanques com uma tela na parte inferior. O solvente novo

entra em contra-corrente com o leo, sendo descarregado no primeiro extrator. O

sistema simples, a construo e montagem so rpidas e os aparelhos exigem uma

pequena rea. Por outro lado, o rendimento de leo relativamente baixo e a mo-de-

obra elevada (MORETTO e FETT, 1998).

Extrao Contnua

Aps a soja ser preparada em flocos, ento colocada no extrator junto com o

solvente, de forma a ocorrer transferncia do leo da fase slida para a fase lquida. O

objetivo da extrao reduzir o teor de leo no floco ao valor mais baixo possvel com

o uso mnimo de solvente. A extrao industrial do leo de soja normalmente realizada em extratores

32

do tipo percolao. Estes tm como meta reduzir o teor de leo dos flocos da semente

de soja de um valor em torno de 19%, em massa, para um valor inferior a 1%

utilizando o hexano como solvente.

Existem vrios sistemas de extrao contnua, porm, atualmente o mais

utilizado o De Smet, tambm conhecido como extrator de correias perfuradas, Figura

6.

FIGURA 6 EXTRATOR DE SMET FONTE: ERICKSON (1995)

O extrator De Smet do tipo longo, horizontal, e consta de um corpo de

chapas de seo retangular, com uma tremonha de entrada e outra de sada. No tem

divises ou canecas, de forma que a massa laminada transportada em uma esteira de

tela fina de ao inoxidvel, suportada por roletes nas laterais. Assim, a massa desliza

nas chapas laterais, diminuindo a zona de menor resistncia, por ser somente as duas

chapas do corpo do extrator. O material entra pelo funil e enche o corpo do extrator,

limitado pela comporta, e ali permanece subindo na tremonha at uma altura

aproximada de 2 m acima da superfcie superior da massa do extrator. Dois controles

eltricos, um abaixo do outro, mantm o nvel da massa. Se a altura atinge o nvel

inferior, feito o contato com a esteira at que normalize; se atingir o nvel superior, o

33

sistema eltrico pra a preparao. Assim, com essa massa se consegue manter sempre

a mesma altura e a vedao mais perfeita possvel, podendo mant-la estanque e ter

uma boa depresso, evitando-se a entrada de ar. Essa depresso feita com um injetor

de vapor. Uma parte da miscela, mistura leo-solvente, que vai para a destilao faz a

limpeza da tela, melhor que solvente, porque contm leo. Quando a massa entra no

corpo do extrator, existe uma comporta que regula a altura da massa, podendo variar

de 1,5 at 2,0 m ou mais, conforme o caso at 2,5 m. Isto faz com que a recirculao

intensa de miscela forme um autofiltro, saindo uma miscela lmpida para a destilao,

sem necessidade de filtros adicionais.

Como no h divises da massa no extrator, comportas ou canecas, so

aplicados rastelos em cada seo, para permeabilizar a massa e permitir uma melhor

percolao. A miscela da limpeza da tela jogada no inicio do extrator, junto com os

finos, no havendo necessidade de se fazer limpezas peridicas.

2.1.2.3 Destilao da miscela

A miscela uma mistura lquida de leo de soja e hexano que sai do extrator a

concentrao de 25 a 30% em massa de leo, e de 70 a 75% em massa de hexano que

deve ser removido para ser reutilizado na etapa de extrao (SNYDER, 1987).

A destilao da miscela consiste na evaporao e stripping do hexano. A

miscela passa por dois evaporadores onde o aquecimento feito a vapor; o hexano

puro recuperado na forma de vapor e a miscela sai com uma concentrao de 95 a

98% em massa de leo.

Nessa faixa de concentrao, a taxa de evaporao do hexano muito

pequena, mesmo com um grande aumento de temperatura. Portanto, para finalizar a

destilao da miscela, ou seja, separar o baixo teor de hexano que ainda permanece no

leo aps a operao de evaporao, realizado o stripping do leo que tem a funo

de promover a separao do hexano do leo em estgios, utilizando para tanto o vapor

dgua superaquecido, Figura 7. Este vapor entra em contato com a miscela em

contracorrente provocando, assim, a eficiente separao do hexano. Esta separao

34

ocorre normalmente sob vcuo, a fim de manter uma temperatura de operao

compatvel com a qualidade do leo (PARASO 2001).

FIGURA 7 ESQUEMA DO STRIPPER FONTE: PARASO (2001).

O leo destilado no stripper encaminhado para os depsitos de leo bruto, e

segue ento para a prxima etapa, a degomagem que produz a lecitina.

2.1.2.4 Dessolventizao do farelo

No meio industrial, dessolventizar significa retirar o solvente e tostar

significa que, alm da retirada do solvente residual, o farelo de soja recebe um

tratamento de calor e de umidade visando o aumento da sua qualidade nutricional. A

tostagem inativa as enzimas da tripsina e desnaturam protenas da soja, tornando-a

suscetvel ao ataque das enzimas proteolticas, ou seja, torna o farelo de soja, que

praticamente todo usado para rao animal, digervel pelos mesmos (CUSTDIO,

2003).

A torta a mistura de farelo/hexano que sai do extrator com cerca de 30%, em

massa, de solvente e segue para um equipamento denominado dessolventizador

/tostador (DT), que constitudo de estgios ou pratos, opera continuamente e realiza

35

a sua tarefa em duas etapas. A primeira etapa a dessolventizao e ocorre nos trs

pratos superiores, e a segunda etapa a tostagem que ocorre nos quatro pratos

inferiores.

A torta entra na parte superior do DT fluindo de cima para baixo. Atravs de

aquecimento com vapor direto e indireto, obtm-se o farelo dessolventizado e tostado,

bem como uma corrente de vapores que ser utilizada na evaporao da miscela no

primeiro evaporador.

O hexano presente na torta evapora numa temperatura mais baixa que a

temperatura de condensao do vapor. Portanto, o vapor ao ser injetado, condensa nas

lminas do farelo, j no primeiro estgio, fornecendo o calor necessrio para vaporizar

o solvente.

A etapa da tostagem tem por objetivo evaporar mais alguma quantidade de

hexano que no foi evaporada na etapa de dessolventizao, bem como fazer um

tratamento trmico no farelo a fim de destruir enzimas presentes, prejudiciais sua

digestibilidade. O farelo no pode ser tostado em excesso, pois desta forma o seu valor

nutritivo ser reduzido.

O farelo que sai do tostador muito mido e muito quente para ser

armazenado, alm disso, contm muitos torres. Estes so separados por roscas-

peneiras, triturados em moinhos de martelo e o produto modo reconduzido ao

transportador. O farelo passa ento pelo secador de farelo, onde a umidade reduzida

para 11-12%.

Os secadores de farelo so, na maioria das vezes, aparelhos rotativos

horizontais, com um feixe de tubos em seu interior aquecidos por vapor indireto.

Ventiladores ou chamins propiciam um constante fluxo de ar para eliminao da

umidade. Nos resfriadores de farelo - aparelhos rotativos horizontais, com corte

circular, por onde passa o farelo, contra o fluxo de ar - o produto resfriado

temperatura ambiente. Em seguida, ou ainda aps uma moagem fina, ensacado ou

armazenado em silos.

36

2.1.3 Processo misto

O processo denominado misto se refere combinao do sistema de

prensagem com o sistema de extrao por solvente. Ele pode ser utilizado em larga

escala e tambm pode ser adaptado para vrios tipos de oleaginosas. O consumo de

energia desse tipo de processo est em torno de 46 kWh por tonelada de soja

processada e o residual de leo na torta de 1,1 a 1,4%, em massa.

2.2 DEGOMAGEM

A degomagem o processo de remoo de fosfatdeos do leo bruto (OB). Os

fosfatdeos so tambm conhecidos como gomas ou lecitina. Esta pode ser considerada

a primeira etapa do processo de refino do leo de soja. Porm, est muito ligada com a

extrao uma vez que muitas indstrias no refinam o leo, sendo necessrio fazer a

remoo das gomas que podem rancificar o leo durante o perodo de armazenamento

ou transporte at a unidade refinadora.

Pode-se dizer que as trs principais razes para que seja feita a degomagem do

leo de soja so (ERICKSON, 1995; DUMONT e NARINE, 2007):

produo de lecitina; produo de leo degomado (OD) para longo tempo de transporte ou

armazenagem;

preparo do leo para a neutralizao ou refino fsico. Existem dois tipos de fosfolipdios segundo sua natureza:

hidratveis (HP): representam 90% dos fosfolpideos; no hidratveis (NPH): causam problemas de colorao marrom

irreversvel (sais de Ca++ ; Mg++ e Fe++).

No caso de presena de NPH, utiliza-se a degomagem cida, que feita por

adio de 1 a 3%, em massa, de soluo de cido fosfrico, com concentrao de 85%,

em um misturador de linha para que se tenha uma boa homogeneizao do leo com a

soluo cida. Geralmente nesta etapa o leo est aquecido em aproximadamente

37

70C. Este processo bom, principalmente, para a remoo dos fosfatdeos no-

hidratveis (NPH), ceras e substncias coloidais. Estas substncias causam

escurecimento no leo na etapa de desodorizao, porm a presena de NPH torna a

lecitina impura, baixando sua qualidade (ERICKSON, 1995; DUMONT e NARINE,

2007).

O mtodo mais utilizado para remoo de HP consiste na adio de 1-3% de

gua ao leo aquecido a 60-70C e agitao durante 20-30 minutos. Forma-se um

precipitado que removido do leo por centrifugao a 5000-6000 rpm. As gomas,

assim obtidas, contm cerca de 50% de umidade e so secas sob vcuo

(aproximadamente 100 mmHg absoluto) temperatura de 70-80C. O produto

comercial consiste em cerca de 60% de mistura de fosfatdeos (lecitina, cefalina e

fosfatdil-inositol), 38% de leo e 2% de umidade. Os NPH so ento removidos

durante a etapa de neutralizao (MORETTO e FETT, 1998).

2.3 NEUTRALIZAO

A segunda etapa visa basicamente neutralizar os cidos graxos livres (AGL),

que provocam mau cheiro e desprendimento de gases quando aquecidos. A acidez

um fator que varia com a qualidade da matria-prima, com o tempo de estocagem, com

a presena de gomas, entre outros. A neutralizao elimina tambm fosfolpideos e

seus complexos metlicos (Fe, Ca e Mg) e pode tambm remover pigmentos e esteris.

Normalmente, trabalhando com soja relativamente nova, obtm-se leos com

teores de acidez que variam de 0,2% a 1%. Os fatores antes citados podem dar leos

com acidez at 5%.

Alm dos AGL, tm-se outras substncias estranhas que necessitam de

remoo, pois, do contrrio, iriam permanecer no leo, j que na desodorizao sua

eliminao impossvel. A sua permanncia traria graves problemas na qualidade do

produto final.

A soda custica diluda a mais utilizada para o processo de neutralizao.

Sua concentrao varia de 10 a 24B, escala criada pelo farmacutico francs Antoine

38

Baum em 1768 para medio de densidade de lquidos. A escolha dessa concentrao

depende: do tipo de leo, da quantidade de cidos graxos livres, da cor e de outros

elementos. Para solues com densidade maior que a da gua essa escala calculada

pela equao (1). No anexo I apresentada uma tabela com a densidade e a quantidade

de NaOH em soluo para essa escala.

=d

145145B (1)

onde: B = Graus Baum;

d = densidade definida pela relao entre a massa de uma substncia e a massa

de igual volume de gua a 4C.

Geralmente adicionada certa quantidade de cido fosfrico ao leo antes do

uso da soda custica. O cido permite a hidratao dos fosfatdeos no hidratveis

(NPH) quando estes no so removidos durante a degomagem, quebra as ligaes de

fsforo com magnsio e clcio, oxida metais dissolvidos, como ferro e cobre, e age

sobre os pigmentos em conjunto com a soda (ABOISSA, 2006).

A seguir sero apresentados alguns dos processos de neutralizao mais

comumente utilizados pela indstria.

2.3.1 Neutralizao Descontnua

O leo colocado em um tanque que possui um distribuidor em spray para

adicionar a soluo alcalina de hidrxido de sdio (NaOH) e um agitador mecnico

para promover o contato entre leo-soluo. A reao se processa em torno de 75-

80C proporcionado por uma camisa de aquecimento. Ao trmino da reao a agitao

suspensa e diminui-se a temperatura at 50C. A mistura ainda permanece no tanque

por aproximadamente 2h que o tempo necessrio para a decantao dos sabes que

so removidos por uma vlvula no fundo do equipamento (MARTINENGHI, 1950).

Aps a retirada da borra (sabes) o leo lavado, duas vezes com pores de

gua de 10-20% do volume total. A gua entra no tanque a 80C e removida tambm

por decantao.

39

A neutralizao descontnua hoje em dia pouco utilizada pelas indstrias

devido demora no processo.

2.3.2 Processo Standard

o processo contnuo, o tratamento adequado para a neutralizao de leos

comestveis pr-degomados ou leos que possuem um baixo teor de fosfatdeos devido

a sua origem. Neste processo contnuo, os cidos graxos livres do leo ou gordura so

convertidos em sabes sdicos por reao com soda custica, sendo ento separados.

O leo inicialmente aquecido at a temperatura de processo e condicionado

com cido fosfrico. O cido fosfrico tem a funo de auxiliar na precipitao de

substncias no hidratveis no processo simplificado da degomagem, possibilitando

purificar o leo de fosfatdeos, corantes adsorvidos, clcio e magnsio. Estas

impurezas prejudicam as etapas subseqentes do processo ou alteram a qualidade do

produto final. O cido fosfrico, com uma concentrao de 85%, utilizado na base de

0,1 a 0,4%, em massa em relao ao leo, a temperatura mdia de 40C. Esta etapa

processada a vcuo de 20 mmHg. O tempo de reao calculado em 20 minutos.

Aps esse processo, recebe soda custica diluda em um tanque com agitao

e temperatura em torno de 70C. O sabo produzido continuamente separado em um

separador centrfugo. O leo neutro possui ainda alto contedo de sabes que devem

ser removidos. Dependendo do contedo residual de sabes requerido, o leo

submetido a um ou dois estgios de lavagem, com 10-20% de gua aquecida

temperatura de 80-90C e novamente centrifugado, para remover o sabo residual

(MORETTO e FETT, 1998).

O processo contnuo de neutralizao cerca de aproximadamente 15-20

vezes mais rpido que o de batelada, reduz a perda de leo neutro e melhora o produto

da neutralizao (GAROGLIO, 1950).

2.3.3 Processo Zenith

40

O leo a ser neutralizado, isento de gomas, introduzido em forma de

gotculas no fundo do neutralizador, entrando em contato, com uma soluo alcalina

diluda, normalmente soda custica fraca para evitar a saponificao do leo neutro

(ON), ocasionando perdas na neutralizao. Geralmente, as solues so de at 8 B.

O processo ocorre a 95C (MORETTO e FETT, 1998).

O tamanho das gotculas de leo fundamental, em torno de 1 a 2 mm de

dimetro. Gotculas pequenas demais significam aumento na superfcie, perdas e

tendncias de formao de emulses. Gotculas grandes no so estveis durante a

passagem pela soda, mas dispersam-se em gotas menores, o que causa grande variao

no tamanho das gotculas, o que promoveria a formao de emulso (MORETTO e

FETT, 1998).

O sistema consiste de trs unidades, das quais: a primeira serve para o

tratamento do leo com cido fosfrico; a segunda o neutralizador propriamente dito,

no qual o leo transformado em gotculas por um dispositivo de aletas entra em

contato com a soluo de hidrxido de sdio e a terceira elimina os traos dos sabes

no leo neutralizado, por meio de adio de cido ctrico.

No sistema Zenith supe-se que a neutralizao dos leos realizada com

perdas quase tericas, apesar do fato que a separao do leo e da soluo dos sabes

efetuada por fora da gravidade sem uso das centrfugas (MORETTO e FETT, 1998).

2.4 BRANQUEAMENTO OU CLARIFICAO

O branqueamento a terceira etapa do refino. Este processo tem a finalidade

de diminuir a quantidade de impurezas e substncias que conferem cor ao leo.

Algumas dessas substncias agem como agentes catalticos que podem ser prejudiciais

sua estabilidade (OLIVEIRA, 2001). Alm disso, a clarificao pode corrigir

eventuais falhas que ocorram durante os processos de degomagem e neutralizao, e

facilitar a desodorizao (ABOISSA, 2006).

As principais impurezas retiradas do leo so:

pigmentos: clorofila e seus derivados, caroteno, etc;

41

fosfolpideos; sabes; produtos de oxidao: perxidos; metais e umidade (ERICKSON, 1995). A clarificao do leo de soja efetuada mediante o fenmeno de adsoro

dos pigmentos ou impurezas pelos agentes clarificantes. Substncias polares, que esto

dissolvidas ou suspensas no leo em concentraes relativamente baixas, so

adsorvidas nas superfcies das partculas de um material adsorvente, que tambm pode

ser chamado de agente clarificante.

Segundo Brimberg4 (1982) citado por Oliveira (2001) e Zanotta (1999), a

concentrao da clorofila ou caroteno no leo de colza durante o processo de

clarificao segue o modelo da equao (2):

tkCC

0

=

log (2)

onde: C = concentrao de pigmento no tempo t (mol/m3);

Co = concentrao de pigmento em t = 0 (mol/m3);

t = tempo de descoramento (min);

k = constante de velocidade de adsoro (min-1/2).

Topallar (1998b) usou o mesmo modelo para o leo de girassol e concluiu que

esse processo tem uma energia de ativao de 3 kJ, sendo um processo no-espontneo

e apresentando entalpia de -31,2 J mol-1, mostrando que a reao exotrmica. Zanotta

(1999) e Oliveira (2001), utilizaram o modelo de Brimberg para descrever a cintica

de clarificao de leo de soja.

4 BRIMBERG, U. I. Kinetics of Bleaching of Vegetable Oils, J. Am. Oil Chem. Soc., v. 59, n. 74,

1982.

42

2.4.1 Adsorventes

A busca por um adsorvente adequado geralmente o primeiro passo no

desenvolvimento de um processo de separao por adsoro. Uma vez que o fator de

separao geralmente varia com a temperatura, e normalmente tambm com a

composio, a escolha de condies adequadas para maximizar o fator de separao

a maior considerao no planejamento do processo.

Os agentes clarificantes usados para o branqueamento do leo de soja so: a

terra neutra, a terra ativada, o carvo ativado e a mais recentemente a slica sinttica.

Os termos argila descorante, argila clarificante ou argila adsorvente, so

utilizados nas indstrias de leo para designar argilas que, no estado natural ou aps

ativao qumica ou trmica, apresentam a propriedade de adsorver as matrias

corantes dissolvidas de leos minerais, vegetais e animais (ALVES, 2005). Essas

terras neutras ou naturais tm um poder clarificante bem inferior ao das ativadas, no

entanto, seu preo mais baixo e elas retm menos leo. Elas so constitudas

basicamente de silicatos hidratados de alumnio.

As terras ativadas so as mais utilizadas pela indstria, so preparadas de

silicatos de alumnio, bentonitas ou montmorillonitas, por meio de aquecimento com

cido clordrico ou sulfrico que remove quase todo o clcio e magnsio e

parcialmente o ferro e alumnio, seguido por lavagem com gua, secagem e moagem

(MORETTO e FETT, 1998).

O carvo ativado eficiente na remoo de sabes e pigmentos, especialmente

a clorofila, porm ele bem mais caro e retm mais leo que as terras clarificantes.

Geralmente seu uso feito em conjunto com outras terras, numa proporo de 5 a 10%

de carvo ativado em massa. Uma de suas aplicaes na adsoro de hidrocarbonetos

poli-aromticos de alguns leos, especialmente leo de peixe e de coco (ERICKSON,

2000).

Atualmente, as slicas sintticas tm se mostrado eficientes na remoo de

sabes, fosfatdeos, traos de metal, mas, elas so relativamente ineficientes na

remoo de clorofila do leo de soja e, por isso, geralmente utilizada em conjunto

43

com algum tipo de terra ativada.

A seguir, na Tabela 2, uma comparao entre as propriedades de alguns

adsorventes. TABELA 2 PROPRIEDADE DOS ADSORVENTES UTILIZADOS NA ETAPA DE CLARIFICAO DE LEOS

VEGETAIS PROPRIEDADES ARGILA

NATURAL ARGILA

ATIVADA CARVO ATIVADO

Densidade (g/cm3) 0,66

0,59 0,5

Reteno de leo (g de leo/g de adsorvente) 0,2-0,3 0,3-0,5 1,0-1,5

Reteno de sabes Boa Melhor Superior rea (m2/g) 68 165-310 500-900 pH 8 2,8-6,0 6,0-10 FONTE: BARRERA e ARRELANO5, 2000 citado por OLIVEIRA, 2001

Segundo Souza (2002), uma boa argila deve:

eliminar o mnimo possvel de corantes vermelhos, azuis e amarelos; reter um mnimo de leo; filtrar bem e, por conseqncia, necessitar de pequena quantidade para

descorar;

no agir quimicamente sobre o leo e no mudar odor ou sabor; ser de fcil obteno e de baixo custo.

2.4.2 O processo da clarificao

Aps a neutralizao e lavagem, o leo contm umidade mesmo quando

submetido centrifugao. O leo no pode ir para a etapa da desodorizao com

resduo de gua para evitar reaes de oxidao e, alm disso, a ao da terra

clarificante mais eficiente em meio anidro. Geralmente o leo neutralizado seco no

clarificador a temperatura de 80-90C e sob vcuo de 30 mmHg durante 30 minutos.

5 BARRERA-ARELLANO, D. Curso de Qumica de Lipdeos e Refino de leos Vegetais

(apostila). Laboratrio de leos e Gorduras DTA-FEA-UNICAMP, 2000.

44

Esse processo de secagem considerado como a primeira etapa do processo de

clarificao.

Geralmente, nas unidades de refino de leos vegetais, o branqueamento ocorre

em tanques de ao inox6, munidos de camisa de aquecimento e mediante agitao.

O leo entra no vaso adsorvedor a uma temperatura previamente estabelecida,

que a mesma temperatura em que permanece durante o processo de clarificao

(sistema isotrmico). Em algumas refinarias, a mistura entre o leo e a terra ocorre em

uma linha principal que conduz a mistura ao tanque; em outras, a mistura ocorre

dentro do tanque por suco do adsorvente.

Adicionada a quantidade apropriada de terra clarificante, geralmente em torno

de 1 a 5%, em massa, o leo agitado temperatura de 75-95C, por um perodo de

20 a 30 minutos. Segundo Zanotta (1999), o tempo de clarificao no deve exceder

30 minutos, pois aps este perodo, a reduo na concentrao de pigmentos muito

pequena. E ainda, se o tempo de contato com a terra for muito prolongado, verifica-se

um escurecimento do leo devido oxidao e alterao da estrutura do pigmento.

Subseqentemente o leo resfriado a 60-70C e filtrado no filtro prensa (MORETTO

e FETT, 1998).

Depois da filtrao, o bolo no filtro contm de 30-50% de leo

(MARTINENGHI, 1950). A aplicao de ar comprimido reduz esse contedo a 30-

35%.

2.4.3 Filtrao

A filtrao um processo pelo qual um slido separado de um fluido lquido

ou gasoso, utilizando um meio poroso que retenha o slido mais deixe passar o fluido.

Nos processos de filtrao de leo separam-se os slidos do lquido fazendo passar a

polpa atravs de um meio filtrante poroso. A filtrao um processo de separao

6 Devido o uso de terras cidas e altas temperaturas, o ao inox o mais recomendvel para evitar a

corroso do equipamento.

45

muito usado nas indstrias de processamento. O meio filtrante mais correntemente

usado o tecido de pano, mas usa-se tambm uma grande variedade de outros

materiais.

Os filtros industriais usam o vcuo, presso ou fora centrfuga para mover o

lquido (filtrado) atravs do bolo de slidos depositados. A filtrao um processo

essencialmente descontnuo. Com filtros descontnuos, filtros prensa, durante a

operao necessrio parar o equipamento para descarregar o bolo; e mesmo com os

filtros que so projetados para funcionar em modo contnuo, como os filtros de tambor

rotativo, so necessrias paradas peridicas para mudar os panos filtrantes.

Os principais fatores a considerar ao escolher um equipamento de filtrao

so:

a natureza da polpa e do bolo formado; a concentrao de slidos na alimentao; o fluxo requerido; a natureza e as propriedades fsicas da fase lquida: viscosidade,

flamabilidade, toxicidade e corroso;

haver ou no necessidade de lavar o bolo; o grau de compactao requerido para o bolo; ser ou no aceitvel a contaminao do slido por um auxiliar de filtrao; se o produto valioso o slido ou o fluido. O fator predominante ser o conjunto das caractersticas de filtrao da polpa;

se ela de filtrao rpida ou lenta, isto , se tem baixa ou alta resistncia especfica

do bolo. As caractersticas de filtrao podem determinar-se mediante ensaios

laboratoriais ou de instalao piloto.

2.5 DESODORIZAO

A quarta e ltima etapa da purificao do leo a desodorizao. Visa

eliminar substncias que provocam odores ou sabores indesejveis ao leo, que surgem

em geral quando de seu aquecimento.

46

A desodorizao baseia-se na destilao, em corrente de vapor, no qual as

substncias volteis se separam do leo, no-voltil. O processo se d pela combinao

de alta temperatura com baixa presso absoluta, o que favorece a acelerao da

destilao, protege o leo contra a oxidao, impede a hidrlise do leo pela ao do

vapor e diminui a quantidade necessria de vapor.

As substncias eliminadas pela desodorizao so: os cidos graxos livres, os

perxidos, que so instveis, produtos de oxidao do leo, e que se transformam em

substncias estveis que provocam alterao no gosto e odor do leo; cetonas e

aldedos; terpenos; cidos graxos de baixa massa molecular como o butrico e o

caprico, que transmitem fortes odores; alm dos pigmentos naturais, cuja eliminao

durante a desodorizao indica uma relativa eficincia nesta etapa do processo. Junto a

este grupo de substncias, tambm so arrastados hidrocarbonetos, esteris e

tocoferis, cuja presena no leo no prejudicial, pelo contrrio, j que estes ltimos

so antioxidantes naturais; um pouco de leo neutro tambm eliminado por arraste.

A concentrao total destes compostos menores, excluindo os AGL, varia entre 0,02 e

0,2%. Em geral, a maior parte dos compostos odorferos eliminada quando o teor de

AGL reduzido abaixo de 0,03% (CERIANI, 2005).

Portanto, o gosto, o odor, a cor e a estabilidade, o que significa uma durao

maior no leo antes de iniciar-se a rancificao, so fatores afetados pela

desodorizao. A alterao destes fatores no depende somente das substncias que

esto presentes ao natural no leo, como tambm daquelas que se formam durante o

armazenamento e do prprio processamento.

A remoo dos materiais indesejveis depende:

da presso de vapor dos materiais a serem removidos; da presso absoluta reduzida do processo; da temperatura; do tempo de desodorizao; da quantidade de vapor direto em relao ao leo e da eficincia do aparelho.

47

2.5.1 Tecnologia do Processo de Desodorizao

O processo de desodorizao pode ser efetuado em equipamentos contnuos,

semicontnuos ou em batelada.

O processo em batelada foi o primeiro a ser desenvolvido para realizar a

desodorizao de leos vegetais e, em geral, indicado para processar at 60 m3 de

leo em 24 horas. Consiste de um tacho vertical munido com uma serpentina para o

vapor indireto e um dispositivo para insuflao do vapor direto. O tempo de

desodorizao de 6 a 8 horas (MORETTO e FETT, 1998).

Em um desodorizador contnuo, devido ao alto vcuo de 2-6 mmHg e

temperatura de 240- 260C, o tempo de desodorizao reduzido a 1,5-2,5 horas.

Esses equipamentos trabalham de forma que o leo tenha fluxo contnuo atravs dos

estgios de desodorizao, com tempos de reteno controlados. So torres cilndricas

altas, com certo nmero de bandejas de pouca profundidade, ou pisos divisrios.

Em cada estgio, ou piso, mantido um nvel constante de leo cujo excesso,

regulado pela vazo contnua de alimentao, cai atravs de um dispositivo que retira o

leo do fundo de um estgio, jogando-o para a superfcie do outro imediatamente

inferior, e assim continuamente, at atingir os ltimos estgios. Geralmente, os

primeiros estgios que recebem aquecimento de vapor e leo trmico, quando se

trabalha com temperaturas na faixa dos 250C. O ltimo estgio fica para pr-

resfriamento, com ou sem recuperao de calor para o leo de alimentao do

desodorizador, conforme interesse do projetista e do cliente.

Em todos os estgios, h injeo de vapor direto para provocar turbulncia no

leo e permitir a destilao de volteis por arraste de vapor. Em desodorizadores

contnuos comerciais, duas configuraes so utilizadas: (i) corrente cruzada, na qual

as direes das correntes se cruzam dentro do equipamento, e (ii) contracorrente, na

qual a entrada de vapor feita junto sada de lquido, e vice-versa (CERIANI, 2005).

Acoplado ao desodorizador est o sistema de recuperao de destilado no qual

toda a corrente de vapor proveniente do equipamento condensada, permitindo a

recuperao da frao voltil presente no leo.

48

Aparelho deste tipo deve ser totalmente automatizado, j que se trata de um

processo que trabalha com nveis constantes, que regulam a vazo de alimentao.

Alm disso, necessitam de uma srie de alarmes para sinalizar alguma irregularidade

no processo, como exemplo, alta ou baixa temperatura, nvel acima do desejado e

queda de presso de vapor.

Para simplificar, pode-se caracterizar cada estgio, ou conjunto de alguns

estgios, como influindo no tratamento de desodorizao de forma diferente dos

demais. Os primeiros estgios servem para pr-aquecimento e desaerao; depois tem-

se o estgio de aquecimento, onde o leo atinge a temperatura mxima de

desodorizao, varivel conforme o processo; depois, d-se o incio da pr-destilao

dos volteis, inclusive dos cidos graxos; a destilao-desodorizao vem logo em

seguida; finalmente, tem-se as sees de pr-resfriamento, ou resfriamento total,

dentro do prprio desodorizador. Alguns processos podem fazer a desaerao do leo

em um tanque separado, como apresentada na Figura 8; assim os primeiros estgios do

equipamento contnuo servem somente para pr-aquecimento.

FIGURA 8 DESODORIZAO CONTNUA COM RECUPERAO INTERNA DE CALOR FONTE: CERIANI, 2005

Contudo, o aparelho mais usado pelas indstrias de mdio e grande porte

(MORETTO e FETT, 1998), semicontnuo, do tipo Girdler, Figura 9. O aparelho

49

consta de um cilindro de ao carbono, onde internamente esto dispostas, em posio

vertical, algumas bandejas, normalmente em nmero de cinco. As bandejas so

apoiadas em elementos de ferro, de tal forma que o leo fica retido dentro das

bandejas, e no seu lado externo, em qualquer ponto, a presso a que esto submetidas

a mesma. Existe um espao vazio entre as bandejas, e entre o cilindro e as bandejas, de

tal forma que a entrada de ar externo no alcance o leo. As bandejas so constitudas

de ao inoxidvel devido alta temperatura. Sobre as bandejas existe uma cobertura

em forma de veneziana para aparar provveis respingos de leo que porventura

possam ser arrastados pelo vapor direto.

Um sistema de vlvulas colocadas no fundo de cada bandeja serve para a

descarga do leo retido para a bandeja situada abaixo. O sistema de vcuo, presso em

torno de 6 mmHg, ligado no meio do cilindro. Em cada bandeja o aquecimento e a

injeo de vapor direto so realizados atravs de serpentinas e trocadores de calor

externos.

Seu funcionamento se processa da seguinte forma: carrega-se o primeiro

estgio at completar a carga. Esta submetida a aquecimento com vapor dgua, de

mdia presso, at 180C para a desaerao. Aps um tempo de reteno, a carga descarregada para o segundo estgio, onde sofre aquecimento por fluido trmico, que

eleva a temperatura at 260C, ao ficar vazio o estgio superior, repete-se a operao. Tm-se ento dois estgios carregados. Passado o mesmo tempo de reteno

estabelecido para a operao, por estgio, descarrega-se para o terceiro estgio, onde

ocorre a destilao, a carga na temperatura acima estabelecida. Tendo-se o terceiro

estgio carregado, descarrega-se do primeiro para o segundo e novamente alimenta-se

o primeiro, e assim sucessivamente at o quinto estgio, onde o leo resfriado at a

temperatura adequada para filtrao.

50

FIGURA 9 DESODORIZADOR SEMICONTNUO - TIPO GIRDLER FONTE: MORETTO e FETT (1998).

O desodorizador thin-film ou Softcolumn constitudo de uma coluna com

recheio estruturado de ao inoxidvel. Estes equipamentos operam na configurao

contracorrente: o leo entra no topo e flui por gravidade atravs do recheio, enquanto o

vapor de stripping injetado no fundo da coluna. O recheio estruturado e corrugado

aumenta a rea de transferncia de massa entre o leo e o vapor, aumentando a

eficincia do processo e reduzindo o consumo de vapor em at 1/3 do total requerido

nos desodorizadores convencionais (AHRENS7, 1999 citado por CERIANI, 2005).

O Softcolumn tem sido empregado com sucesso tambm nos processos de

desacidificao ou de refino fsico, onde leos com altos teores de cidos graxos livres

e baixos teores de fsforo, so desacidificados, ao mesmo tempo em que so

desodorizados, no sendo neutralizados com soda custica em sua etapa de refino

inicial (ABOISSA, 2006). Usualmente para o refino fsico o desodorizador um pouco

7 AHRENS, D. Industrial thin-film deodorization of seed oils with Soft Column technology.

Fett/Lipid. v.101, no. 7, p. 230-234, 1999.

51

mais alto para aumentar o tempo de reteno (ERICKSON, 1995).

2.6 COGERAO

Segundo Balestieri (2002), cogerao corresponde produo simultnea de

diferentes formas de energia til, como as energias eletromecnica e trmica a partir

do uso de um combustvel convencional (gs natural, leo combustvel, diesel e

carvo) ou algum tipo de resduo industrial (madeira, bagao de cana, casca de arroz,

entre outros).

A energia mecnica pode ser utilizada na forma de trabalho, por exemplo, no

acionamento de moendas numa usina de lcool e acar, ou transformada em energia

eltrica atravs de gerador de eletricidade; a energia trmica utilizada como fonte de

calor para um processo, como uma indstria, hospitais, entre outros (COELHO, 1999).

Na Figura 10 so apresentados os insumos e produtos de um sistema de

cogerao.

FIGURA 10 INSUMOS E PRODUTOS EM UM SISTEMA DE COGERAO FONTE: O autor (2007).

A Agroindstria demanda um alto consumo de energia trmica para a secagem

de gros e para a extrao de leo vegetal, podendo ser uma beneficiria da cogerao.

Como exemplo, aps a queima do combustvel, o calor gerado segue para um ciclo de

cogerao onde ocorre a gerao de eletricidade e, os rejeitos trmicos do ciclo de

potncia, so aproveitados para a secagem de gros ou para a extrao.

Na indstria de produo de leo de soja refinado os custos com energia na

etapa de extrao ficam em torno de 2/3 do seu custo operacional, e grande parte dessa

energia consumida nas operaes de separao do solvente.

ENERGIA TRMICA

ENERGIA ELTRICA

AR

COMBUSTVEL

COGERAO

52

Na questo ambiental nos ltimos anos h uma tendncia de mercado em

direo ao desenvolvimento e implantao de tecnologias e processos menos

agressivos ao meio ambiente, tendncias muitas vezes motivadas por leis de proteo

ambiental. A cogerao uma alternativa para cumprir estas leis, j que reduz as

emisses de gases de efeito estufa e contribui para alcanar os objetivos do Protocolo

de Quioto (GONZALES, 2004). Os sistemas de cogerao tanto de biomassa quanto de gs natural so

ambientalmente sustentveis, pois produzem baixos nveis de emisso. A sua principal

vantagem a economia de investimentos em transmisso e distribuio de energia, e a

sua elevada eficincia energtica, quando comparados aos sistemas tradicionais de

gerao de eletricidade atravs de termeltricas, alm da melhor qualidade de energia

produzida e maior confiabilidade de fornecimento de energia.

O gs natural tem sido o combustvel mais utilizado nos diversos sistemas de

cogerao devido s suas caractersticas fsico-qumicas, bastante favorveis quando

comparadas com outros combustveis fsseis. Como benefcios mais significativos na

sua utilizao tm-se:

utilizao direta do combustvel, sem necessidade de processos intermedirios de tratamento e refino.

abastecimento de combustvel atravs de gasodutos, o que evita a construo de depsitos de armazenamento na instalao consumidora.

reduo significativa nas emisses de poluentes atmosfricos. A combusto do gs natural permite uma reduo importante nas emisses de CO2 quando

comparado com outros combustveis fsseis, obtendo-se redues de at 20%

em relao ao leo combustvel e de at 50% em relao ao carvo. Alm disso,

so praticamente nulas as emisses de partculas e de xidos de enxofre.

reduo significativa nos custos de manuteno dos equipamentos devido menor deposio de resduos carbonosos nas partes internas do motor e

elevada manuseabilidade e limpeza do combustvel.

reduo at 70% no consumo de leo de lubrificao relativamente aos sistemas de cogerao a leo combustvel.

preo bastante competitivo comparando com os combustveis provenientes das

53

fraes pesadas da nafta.

Como desvantagens da cogerao (GOMES, 2001) pode-se citar:

a instalao de uma planta de cogerao requer um alto investimento, devendo-se considerar as demandas energticas futuras, preos dos combustveis,

impostos e custos de operao e manuteno;

possvel adequao da instalao cogeradora ao perfil da demandas futuras de calor e potncia, afetando diretamente a viabilidade econmica do investimento;

falta de flexibilidade entre o sistema de fornecimento de calor industrial e o sistema de fornecimento de energia eltrica.

2.6.1 Sistemas de cogerao

Os ciclos de cogerao podem ser classificados como: superiores ou topping

e inferiores ou bottoming. Esta classificao leva em considerao a ordem relativa

do fluxo de calor e sua converso em energia mecnica nos sistemas (PAULA, 2004).

Os ciclos superiores, que so mais freqentes, ocorrem quando uma fonte de

energia (como o gs natural, diesel, carvo ou outro combustvel) diretamente usada

para a gerao de energia eltrica no primeiro passo. A partir da energia qumica do

combustvel se obtm um fluido quente que usado para gerar energia mecnica. A

energia trmica resultante ou calor residual seja como vapor ou gases quentes,

utilizada em outros processos, que o segundo passo (GONZALEZ, 2004).

Nos ciclos inferiores, a energia primria diretamente usada para satisfazer as

exigncias trmicas do processo. A energia trmica residual ou de desperdcio ser

usada para a gerao de energia eltrica no segundo passo.

Outra classificao geralmente empregada para os sistemas de cogerao a

que est baseada no tipo de equipamento gerador da energia eltrica, apresentada na

Figura 11, ou seja:

ciclo Rankine ou a vapor: Neste sistema a energia mecnica obtida atravs da turbina por meio da expanso de vapor a alta presso, gerado em uma caldeira

convencional. o ciclo mais empregado atualmente no pas, o que representa

uma maior disponibilidade de peas e servios de assistncia para os

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equipamentos que o compe (BALESTIERI, 2002, CUNHA8, 2000 citado por

CORREA NETO, 2001).

ciclo Brayton ou a gs: Neste ciclo o combustvel queimado em uma cmara de combusto, da qual os gases gerados so introduzidos na turbina, para

converterem-se em energia mecnica, que poder se transformada em energia

eltrica por meio de um gerador. Os gases de escape tm uma temperatura de

400 a 650C. Estes gases so relativamente limpos e podem ser utilizados

diretamente nos processos posteriores (no caso, por exemplo, da secagem

gros) ou na troca de energia com gua, para gerar vapor em caldeiras de

recuperao de processos.

ciclo combinado: a associao de dois ciclos de potncia em srie trmica, onde o rejeito trmico de um deles o insumo energtico do outro (GOMES,

2001). O ciclo combinado mais utilizado no momento o que acopla turbinas a

gs com caldeiras de recuperao como unidade superior (topping) e turbinas a

vapor como unidade inferior (bottoming), ainda que possa admitir outros

geradores; se