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1 ÉDIO PATRIC GUARIENTI O SOLVENTE HEXANO NO PROCESSO DE EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA Três de Maio 2009
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ÉDIO PATRIC GUARIENTI
O SOLVENTE HEXANO NO PROCESSO DE EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA
Três de Maio
2009
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ÉDIO PATRIC GUARIENTI
O SOLVENTE HEXANO NO PROCESSO DE EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA
Projeto de Estágio de Conclusão de Curso
Sociedade Educacional Três de Maio
Faculdade Três de Maio
Curso de Bacharelado em Engenharia de Produção Agroindustrial
Professor Orientador: Ms. Adalberto Lovato
Três de Maio
2009
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SUMARIO
LISTA DE FIGURAS .................................. ................................................................. 5
LISTA DE TABELAS .................................. ................................................................ 6
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................... ................................................. 6
INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 8
1. TEMA ...................................................................................................................... 9
1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA ........................... ....................................................... 10
2. FORMULAÇÃO DO PROBLEMA .......................................... ............................... 10
3. HIPÓTESES .......................................................................................................... 10
4. VARIÁVEIS ......................................... .................................................................. 10
4.1 RELAÇÕES ENTRE AS VARIÁVEIS ................... .............................................. 11
5. OBJETIVOS ......................................... ................................................................. 12
5.1 OBJETIVO GERAL ................................ ............................................................. 12
5.2 OBJETIVO ESPECÍFICO ........................... ......................................................... 12
6. JUSTIFICATIVA ..................................... ............................................................... 12
7. METODOLOGIA DA PESQUISA .......................................................................... 12
7.1 ABORDAGEM ..................................... ............................................................... 14
7.2 PROCEDIMENTOS ............................................................................................. 14
7.3 TÉCNICAS .......................................................................................................... 15
8. REFERÊNCIAL TEÓRICO .................................................................................... 16
8.1 VISÃO GERAL DA COCEAGRO E DA INDUSTRIALIZAÇÃO D E ÓLEO DE SOJA .............................................. .......................................................................... 16
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8.1.1 Caracterização dos Materiais envolvidos no Pr ocesso de obtenção de óleo de soja ...................................... ........................................................................ 16
8.1.1.1 A Soja ............................................................................................................ 18 8.1.1.2 O Solvente Hexano ....................................................................................... 18 8.1.1.3 O Óleo de Soja .............................................................................................. 19 8.1.1.4 A Miscela ....................................................................................................... 21 8.1.1.5 O Farelo de Soja ........................................................................................... 22 8.1.1.6 A Água ........................................................................................................... 23 8.1.1.7 A Torta ou Lex ............................................................................................... 23
8.2 PRINCIPAIS ETAPAS E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE ÓLEO VEGETAL DE SOJA............................................ ....................................................................... 23
8.2.1 Recebimento e Armazenamento da Soja .......... ........................................... 27
8.2.2 Preparação da Matéria-prima ................. ....................................................... 27
8.2.2.1 Descascamento ou descorticação ................................................................. 28 8.2.2.2 Trituração ...................................................................................................... 29 8.2.2.3 Cozimento ou Condicionamento ................................................................... 29 8.2.2.4 Laminação ..................................................................................................... 30 8.2.2.5 Expansão ou Extrusão .................................................................................. 31
8.2.3 Extração do Óleo Bruto ...................... ........................................................... 32
8.2.3.1 Extração do Óleo Utilizando Solvente ........................................................... 33 8.2.3.2 Extração Industrial com Hexano .................................................................... 35
8.4 DESSOLVENTIZAÇÃO/TOSTAGEM E RECUPERAÇÃO DO HEXA NO .......... 38
8.5 DESTILAÇÃO DA MISCELA E RECUPERAÇÃO DO HEXANO . ...................... 39
8.6. PRINCÍPIOS FÍSICO-QUÍMICOS ENVOLVIDOS NA UTILI ZAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE HEXANO NA EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA . .................. 44
8.6.1 Temperatura ................................. ................................................................... 44
8.6.1.1 Sensores de Temperatura ............................................................................. 45
8.6.2 Pressão ..................................... ...................................................................... 47
9. CRONOGRAMA ........................................ ............................................................ 48
10.ORÇAMENTO ...................................................................................................... 49
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 50
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Características permitidas para o óleo de soja degomado. ........................ 20
Figura 2: Características permitidas para o óleo de soja refinado. ............................ 21
Figura 3: Processo simplificado de extração direta de óleo de soja. ......................... 26
Figura 4: Laminador de semente oleaginosa ............................................................ 31
Figura 5: Modelo de extrusor auto-cone dentado ...................................................... 32
Figura 6: Esquema geral da obtenção de óleo bruto de soja .................................... 33
Figura 7: Mecanismo de extração do óleo por solvente ............................................ 34
Figura 8: Extrator tipo rotocel .................................................................................... 36
Figura 9: Vista interna do extrator ............................................................................. 36
Figura 10: Vista interna do extrator ........................................................................... 37
Figura 11: Esquema geral do processo de dessolventização e tostagem do farelo. . 39
Figura 12: Projeto original de destilação da miscela. ................................................ 42
Figura 13: Segundo sistema de destilação da miscela. ............................................ 43
Figura 14: Terceiro sistema de destilação da miscela. .............................................. 44
Figura 15: Tipos de Sensores de Temperatura ......................................................... 46
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LISTA DE TABELAS
TABELA 1: COMP. MÉDIA DO GRÃO DE SOJA CULT. NO SUL DO BRASIL. ....... 18
TABELA 2: FRAÇÕES TÍPICAS OBTIDAS PELA DESTILAÇÃO DO PETRÓLEO .. 19
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Dessolventizador/Tostador - DT
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento - MAPA
Partes por Milhão - PPM
Graus Celsius - ºC
Graus Kelvin - K
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INTRODUÇÃO
A cultura da soja desenvolve um papel muito importante no agronegócio
brasileiro gerando riquezas, integrando e desenvolvendo as mais diversas camadas
sociais do país.
Neste contexto, a industrialização de oleaginosas, segundo Custódio (2003),
constitui-se num dos mais importantes setores do sistema agroindustrial produzindo
matéria-prima para indústrias siderúrgicas, de cosméticos e de processamento de
alimentos para o consumo animal e humano.
A extração por solvente, desde seu surgimento, mostrou-se o modo de se
extrair óleos vegetais. Ainda para o mesmo autor, o sucesso do processo a solvente
está em sua capacidade de reduzir a níveis satisfatoriamente baixos, o resíduo de
óleo presente em materiais oleaginosos. Porém, o solvente que se estabeleceu
desde início foi a fração de hexana de petróleo, que tem como desvantagens vir de
uma fonte não renovável de matéria-prima, além de trazer consigo alguns infortúnios
como estar atrelado ao mercado do petróleo e ser tóxico e altamente inflamável.
Por possuir características maléficas para o meio ambiente e principalmente por
onerar muito a extração de óleo de soja, há a necessidade de evitar o desperdício.
Paraíso (2001) comenta que uma estratégia importante para reduzir custos e
proteger a saúde do meio ambiente e consumidor é procurar, nas indústrias já
instaladas, estabelecer as melhores condições possíveis de operação do seu
processo produtivo. Tais condições podem propiciar um consumo menor de
energia, além de alavancar o processo de recuperação de hexano na planta de
extração.
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Paraíso (2001) ainda afirma que durante os primeiros anos de extração,
considerava-se como eficiente uma recuperação de 99,27% do solvente bombeado
para o extrator de óleo de soja, ou seja, 4 litros de solvente se perdiam para cada
tonelada de soja que era processada. A partir dos anos 70, com o advento de novas
tecnologias e implantação de indústrias maiores, conseguiu-se obter faixas de
recuperação de solvente ao redor de 99,86%, cerca de 2 litros de perda por tonelada
de soja processada. Tal índice se manteve como bom até meados dos anos 80
quando as indústrias começaram a instalar modernos dessolventizadores/tostadores
utilizando destilação completa por arraste de vapor a contracorrente. Com as
melhorias implantadas, os novos índices de eficiência caíram para aproximadamente
1 litro de perda de solvente por tonelada de soja processada, ou seja, uma
recuperação 99,92% do solvente posto na produção.
Para se reduzir custos há a necessidade de inspecionar cuidadosamente
todos os processos que consomem muita energia e envolvem a manipulação intensa
de solvente hexano, como nas operações de extração por solvente no extrator, na
destilação da miscela e na dessolventização-tostagem do farelo.
Com este objetivo, busca-se analisar os fatores que podem interferir
significativamente para um mau aproveitamento do solvente hexano em uma
indústria com capacidade instalada para processar 1000 toneladas de soja por dia
em sistema de extração do tipo rotocell localizada na cidade de Cruz Alta – RS.
1. TEMA
O solvente hexano no processo de extração de óleo de soja.
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1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA
Estudo e análise de perdas de solvente hexano no processo de extração de óleo de
soja na Cooperativa Central Agroindustrial Noroeste Ltda. – COCEAGRO localizada
na cidade de Cruz Alta – RS, estudo este, realizado no 1º semestre de 2009.
2. FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
Quais fatores podem interferir no consumo de solvente hexano na extração de
óleo de soja?
3. HIPÓTESES
− A troca do aquecedor de miscela reduziu em 30% a perda de solvente
hexano na extração.
− O retorno de água para a caldeira carrega uma concentração de
solvente hexano inferior a 1%.
− As colunas de óleo mineral para absorção de hexano apresentam
perdas superiores a 2%.
− A água descartada no “water stripper” possui uma carga de hexano
inferior a 0,5%.
4. VARIÁVEIS
De acordo com Marconi e Lakatos (2001), “variável é um conceito que contém
ou apresenta valores”. Sendo assim, as variáveis mencionadas nas hipóteses são:
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� Aquecedor de miscela.
� Perda de Solvente hexano.
� Retorno de água para a Caldeira.
� Concentração de hexano inferior a 1%.
� Coluna de óleo mineral.
� Perdas superiores a 2%.
� Água descartada no “water stripper”.
� Carga de hexano inferior a 0,5%.
4.1 RELAÇÕES ENTRE AS VARIÁVEIS
As variáveis apresentadas se co-relacionam assimetricamente. Na primeira
hipótese a variável “aquecedor de miscela” é independente e a variável “perda de
solvente hexano” é dependente.
Na segunda hipótese a variável “concentração de hexano inferior a 1%
depende do retorno de água para a caldeira para ser analisada. Da mesma forma na
terceira hipótese, a variável “perdas superiores a 2%” depende diretamente da
eficiência de arraste de hexano realizado nas colunas de óleo mineral.
E por último, a variável independente “água descartada no water stripper”
para ser avaliada necessita de uma variável dependente quantitativa que é “carga de
hexano inferior a 0,5%”.
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5. OBJETIVOS
De acordo com Fachin, apud Lovato, Evangelista e Güillich (2007), os
objetivos medem e ou provam o que é levantado no decorrer das investigações
realizadas e se dividem em gerais e específicos.
5.1 OBJETIVO GERAL
Analisar o processo de extração de óleo de soja visando reduzir o custo no
uso de solvente hexano.
5.2 OBJETIVO ESPECÍFICO
− Analisar os métodos e equipamentos utilizados na extração de óleo de
soja.
− Identificar as causas das perdas de solvente.
− Mensurar o grau de significância que representa o desperdício de
solvente.
− Propor melhorias para a otimização dos processos.
6. JUSTIFICATIVA
O hexano tem sido utilizado a muitos anos na extração de óleo de soja pelas
indústrias de médio e grande porte. É ainda o solvente que melhor se apresenta em
termos de relação custo/benefício. Todavia, por ser um derivado do petróleo, o
hexano representa um perigo muito grande ao meio ambiente. Dentre os problemas
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que ele pode gerar, pode-se destacar o acúmulo gradativo no organismo dos
animais, a poluição das águas e do ar. Os gases de hexano apresentam relativa
volatilidade difundindo-se facilmente no ambiente.
Outro aspecto a ser destacado é a segurança ocupacional dos operadores de
extração que pode ser abordado sob dois aspectos: a segurança e a saúde
ocupacional.
No primeiro ponto, a segurança, o hexano representa um grande temor por
possuir características físicas de alta inflamabilidade com ponto de inflamação e
auto-ignição de -22°C e 240°C respectivamente. Portant o, qualquer fonte de calor
em conjunto com hexano e oxigênio pode causar uma explosão com danos
incalculáveis.
Já em relação a saúde ocupacional, o hexano quando presente em altas
concentrações no ambiente pode provocar sérias complicações a saúde. Se for
inalado, provoca sonolência e irritação nas vias respiratórias. Quando a exposição
for muito grande pode levar o indivíduo a uma parada cardio-respiratória. Pode ainda
provocar irritações na pele, olhos e mucosas gastrointestinais.
Mas de todos os problemas abordados, o que gera uma preocupação maior
por parte dos gestores é o aumento considerável nos custos de produção que o
dispêndio de hexano causa nas plantas industriais. Voltando para a realidade da
indústria de óleos da Coceagro tem-se uma situação onde os equipamentos
envolvidos nos processos de extração são relativamente velhos e as perdas de
hexano por tonelada de soja processada estão ainda muito acima dos padrões
ideais. E como os valores gastos com hexano no ano de 2008 ultrapassam a casa
de um milhão, justifica-se fazer um estudo verificando-se in-loco os principais pontos
e fatores que estão inflacionando este consumo de solvente.
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7. METODOLOGIA DA PESQUISA
Para Lovato, Evangelista e Güillich (2007, p. 33) “a metodologia científica, em
sua essência, tem por finalidade estudar os métodos que identificam os caminhos
percorridos para alcançar os objetivos propostos pelo plano de pesquisa.”
7.1 ABORDAGEM
A abordagem a ser utilizada será indutiva porque partirá da avaliação de
equipamentos e processos individuais para se obter respostas do desempenho
global da indústria em relação a perdas de solvente.
7.2 PROCEDIMENTOS
Os procedimentos a serem utilizados objetivam a descrição e análise dos
fatores de perdas potenciais de solvente hexano na extração de óleo de soja. Para
isso utilizar-se-á os seguintes métodos:
a) Pesquisa bibliográfica em livros, dissertações e teses e material
disponível em meio eletrônico referente ao assunto para
embasar os resultados;
b) Pesquisa de laboratório sendo:
− Verificação da presença de gases de hexano com o
aparelho detector multigases marca Solaris da empresa
MSA, munido de calibragem automática em tubo de
composto de Metano, monóxido de carbono, gás sulfídrico
e Oxigênio.
15
− Realização de verificação de presença de hexano na água
e no farelo através da metodologia de análise “flash test”
em nível de laboratório incorrendo de duas repetições
quando der resultado negativo e três repetições quando
partir de um resultado negativo na primeira amostra.
7.3 TÉCNICAS
Para Fachin (2001, p. 154) apud (Lovato, Evangelista e Güillich (2007 p. 36),
“técnica corresponde a um conjunto de procedimentos mecânicos e intelectuais que
as pessoas usam no desempenho de uma atividade científica.”
As técnicas a serem utilizadas para concretização do trabalho serão:
a) Observação: através do acompanhamento do da extração de óleo de
soja e análise das etapas do processo que envolva o solvente hexano
visando a identificação dos pontos potenciais de perdas;
b) Testes de laboratório realizada na seguinte ordem:
− Flash test em líquido: coleta de 200 ml de vapor condensado em
estado líquido, em um recipiente de vidro com tampa para
posterior fechamento. Repouso da solução por cerca de 30
minutos. Abertura da tampa e colocação de fonte de chama
(fósforo aceso) dentro do recipiente. Se a chama aumentar em
forma de explosão, há a presença de hexano na amostra, caso
contrário não há.
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− Flash test em farelo: coleta de 1kg de farelo em um recipiente
plástico com tampa para posterior fechamento. Repouso da
amostra por cerca de 30 minutos. Abertura da tampa e
colocação de fonte de chama (fósforo aceso) dentro do
recipiente. Se a chama aumentar em forma de explosão, há a
presença de hexano na amostra, caso contrário não há.
8. REFERÊNCIAL TEÓRICO
8.1 VISÃO GERAL DA COCEAGRO E DA INDUSTRIALIZAÇÃO DE ÓLEO DE
SOJA
A Coceagro – Cooperativa Central Agroindustrial Noroeste Ltda, iniciou suas
atividades em 23 de março de 2001 no município de Três de Maio/ RS com o
Objetivo da defesa do interesse social e econômico das cooperativas associadas,
operando na industrialização, por segmentos, bem como na aquisição de insumos e
o fornecimento de produtos, com a União de 04 cooperativas – Cotrimaio, Comtul,
Copermil e Cooperoque, no Segmento Cereais, com a construção de um moinho de
farinha de trigo e milho na cidade de Horizontina e a cerealista em Três de Maio. A
Cooperoque saiu da sociedade mais tarde.
Com a consolidação dos negócios naquela região, pensou-se em expandir os
negócios com a fabricação de Biodiesel. Por ocasião formou-se o Segmento Óleo,
Biodiesel e derivados com a aquisição do patrimônio da fábrica da Empresa Coinbra,
onde a COTRIMAIO – Cooperativa Agropecuária Alto Uruguai Ltda. detém 21% do
patrimônio, a COMTUL – Cooperativa Mista Tucunduva Ltda. detém 21%, COASA –
Cooperativa Agrícola Água Santa Ltda. detém 9% do complexo industrial e a
Empresa Espanhola Tejedor Comercial Importadora e Exportadora de Óleos
Vegetais Ltda. detém 49% da estrutura industrial.
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Iniciou suas atividades em Cruz Alta, no mês de janeiro de 2006, na
reativação da fábrica de óleo, desativada desde o final de 2004, com o apoio
unânime das instituições e autoridades locais, numa estratégia de desenvolvimento
da Indústria, seus associados e familiares nas questões técnicas, econômicas,
culturais e administrativas inseridas no contexto regional, objetivando ser precursora
do desenvolvimento da região Noroeste. Mas foi só depois de uma complexa
reforma, que em 02 de junho de 2006 iniciou-se o esmagamento de soja e a
produção de óleo de soja bruto degomado e farelo de soja. A Tejedor saiu em
dezembro de 2006, passando assim a COOPERMIL a fazer parte da COCEAGRO já
a partir de janeiro de 2008.
A Coceagro situa-se na região Noroeste do Estado e trabalha no ramo da
Agroindústria (agribusiness). Realiza serviços de recebimento, armazenamento,
beneficiamento, comercialização e industrialização de produtos agropecuários.
A indústria de óleos vegetais tem capacidade de moer 1.000 Toneladas de
soja in natura por dia, sendo que o rendimento é de 76% de farelo de soja e 18% de
Óleo de soja Bruto Degomado. Atualmente tem trabalhado com cerca de 60 a 75%
desta capacidade.
A produção de óleo bruto degomado envolve muitos fatores e processos e
começará a ser descrito no capítulo abaixo, desde suas matérias-primas e
constituintes até as etapas de processamente e recuperação de hexano.
18
8.1.1 Caracterização dos Materiais envolvidos no Pro cesso de obtenção de
óleo de soja
8.1.1.1 A Soja
A soja é uma planta herbácea pertencente a família das leguminosas. A
semente não possui ou quase não possui amido, mas é rica em substâncias
protéicas e graxas.
A soja é composta por proteínas, água, óleo, cinzas e carboidratos. A Tabela
1 adaptada de Custódio (2003) mostra a composição média da soja cultivada nas
regiões sul e sudeste do país.
Tabela 1: Composição média do grão de soja cultivado no sul do Brasil.
Componentes Porcentagem (%) Proteína 37 Carboidratos 28,3 Óleo 20 Água 10 Cinzas 4,7
Fonte: Adaptada de Custódio, 2003.
8.1.1.2 O Solvente Hexano
O hexano é um hidrocarboneto alcano com a fórmula química CH3(CH2)4CH3
proveniente da destilação fracionada do petróleo. Na Tabela 2 de Solomons e Fryhle
(2001), pode-se visualizar os intervalos de ebulição, números de carbonos da cadeia
e principais utilizações de cada composto.
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Tabela 2: Frações Típicas Obtidas pela Destilação do Petróleo
Intervalo de Ebulição da Fração (ºC)
Nº. Átomos de Carbono por Molécula Utilização
Abaixo de 20 C C4 Gás natural, gás engarrafado, indústria petroquímica
20 – 60 C5 C6 Éter de petróleo, solventes 60 – 100 C6 C7 Ligroína, solventes 40 – 200 C5 C10 Gasolina (gasolina destilada) 175 – 325 C12 C18 Querosene e combustível de motor a jato 250 – 400 C12 e mais Gasóleo, óleo combustível e óleo diesel Líquidos não-voláteis C20 e mais Óleo mineral refinado, óleo lubrificante, graxa
Sólidos não-voláteis C20 e mais Cera de parafina, asfalto, alcatrão
Fonte: Solomons e Fryhle, 2001.
8.1.1.3 O Óleo de Soja
De acordo com Amaral, Jaigobind e Jaigobind (2006), “óleo de soja é o
produto obtido por prensagem mecânica e ou extração por solvente, dos grãos de
soja, isento de misturas de outros óleos, gorduras ou outras matérias estranhas ao
produto”.
O Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento – MAPA (1993),
através da Portaria número 795 classifica o óleo de soja em três classes distintas
segundo o seu grau de elaboração:
− Bruto ou cru, que conforme sua qualidade admitirá um tipo único com
as características:
� Aspecto a 25ºC turvo;
� Umidade e voláteis máximo de 0,5%;
� Impurezas insolúveis em éter de petróleo (ponto de ebulição de 30 a 60ºC) máximo de 0,5%;
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� Lecitina (expressa em fósforo) máximo de 0,1%;
� Acidez livre (expresso em ácido oléico – F.F.A)
− Degomado ou purificado, que dependendo da qualidade pode admitir
até três tipos com as características descritas na Figura 1 abaixo.
Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Aspecto a 25ºC Límpido e isento de sedimentos
Límpido ou ligeiramente turvo e isento de sedimentos.
Límpido ou ligeiramente turvo.
Cor Máximo em 35 unidades amarelas e 3,5 unidades vermelhas, medidas em escala de Lovibond numa célula d e1 (uma) polegada.
Umidade e voláteis Máximo de 0,20% Máximo de 0,30% Máximo de 0,50%
Impurezas insolúveis em éter de petróleo (ponto de ebulição de 30 a 60ºC)
Máximo de de 0,1%;
Acidez livre (expresso em ácido oléico – F.F.A)
Máximo de 0,5% Máximo de 1,00% Máximo de 1,50%
Lecitina (expressa em fósforo)
Máximo de 0,015% Máximo de 0,020% Máximo de 0,030%
Ponto de fulgor (“flash point” Mínimo de 121ºC
Matéria insaponificável
Máximo de 1,50%.
Fonte: Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento – MAPA. Portaria n.795, 1993.
Figura 1: Características permitidas para o óleo de soja degomado.
− Refinado, conforme a qualidade admitira até 2 (dois) tipos com as
características descritas na Figura 2.
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Tipo 1 Tipo 2
Aspecto a 25ºC Límpido e isento de sedimentos
Límpido e isento de sedimentos
Cor
Máximo em 15 unidades amarelas e 1,5 unidades vermelhas, medidas em escala de Lovibond1 numa célula de 5 ¼ (cinco e um quarto) de polegadas.
Máximo em 25 unidades amarelas e 2,5 unidades vermelhas, medidas em escala de Lovibond1 numa célula de 5 ¼ (cinco e um quarto) de polegadas.
Propriedades organolépticas
Odor e sabor característicos do produto isento de ranços, de odores e de sabores estranhos.
Odor e sabor característicos do produto isento de ranços, de odores e de sabores estranhos.
Umidade e voláteis Máximo de 0,03% Máximo de 0,06%
Impurezas insolúveis em éter de petróleo (ponto de ebulição de 30 a 60ºC)
Máximo de 0,03% Máximo de 0,05%
Acidez livre (expresso em ácido oléico – F.F.A.)
Máximo de 0,03% Máximo de 0,06%
Sabões Máximo de 1,0 ppm Máximo de 10 ppm
Índice de peróxidos Máximo de 2,5 meq./kg de óleo
Máximo de 5,0 meq./kg de óleo
Ponto de fumaça Temperatura mínima de 230ºC
Temperatura mínima de 218º C
Matéria insaponificável Máximo de 1,50% Máximo de 1,50%
Fonte: Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento – MAPA. Portaria n.795, 1993.
Figura 2: Características permitidas para o óleo de soja refinado.
8.1.1.4 A Miscela
Em termos gerais miscela é interpretado por Thomas (2003) como sendo a
mistura entre o hexano que entra quase puro no extrator com o óleo já presente
nele. Já Paraíso (2001) vai além e define o termo miscela como sendo uma solução
líquida formada pela dissolução completa do óleo de soja no solvente. Tal processo,
provoca alterações moleculares na estrutura dos componentes que formam a
solução e mudanças energéticas no sistema envolvido.
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A dissolução envolve ainda dois processos endotérmicos e um exotérmico.
Em um primeiro momento as moléculas do óleo se separam em moléculas isoladas
através de um processo endotérmico. As moléculas do óleo quando separadas
podem dispersar-se no seio do solvente. Tem-se a necessidade então de realizar a
dissociação das moléculas do solvente para realizar a acomodação das moléculas
do óleo. Tal procedimento é feito empregando um processo endotérmico que pode
ter uma magnitude de energia envolvida dependente do grau de polaridade do
solvente e do tamanho das moléculas do óleo. E por último a terceira etapa onde
ocorre um processo exotérmico e se refere à interação das moléculas do óleo com
as moléculas do solvente.
8.1.1.5 O Farelo de Soja
Paraíso (2001) nos apresenta em sua pesquisa desenvolvida em 2001 que o
farelo representa cerca de 70% da semente de soja e é composto por 51% de
proteínas, 43% de carboidratos e 6% de cinzas, em massa.
Os carboidratos possuem em sua constituição monossacarídeos,
oligossacarídeos e polissacarídeos. O monossacarídeo está presente apenas como
traços de glicose; os oligossacarídeos formam 44% da composição e são
constituídos pela sacarose, pela rafinose e estaquiose. Já os polissacarídeos tem
aproximadamente 56% e são formados por arabinose, arabinogalactose e por ácidos
polissacarídeos.
E por último as proteínas, que tornam o farelo atraente do ponto de vista
nutricional e comercial. Entretanto, Paraíso (2001) ainda reforça que as proteínas da
soja contém compostos conhecidos como inibidores de tripsina, que inibem a
digestão das proteínas. Mas estes efeitos podem ser controlados através da
aplicação de tratamento térmico com calor durante o processamento.
23
8.1.1.6 A Água
A água é parte importante no processo pois regula a eficiência da laminação e
extração. Para Paraíso (2001), a umidade ideal de entrada dos flocos no extrator
deve variar entre 9 e 12%. Abaixo destes valores, dificulta o movimento do solvente
do leito e acima e 12%, dificulta a atuação do hexano na solubilização do óleo. O
óleo não se solubiliza na água e o hexano se solubiliza levemente. Como o solvente
possui grande afinidade com o óleo, a água que se encontra presente no extrator sai
totalmente na torta e a miscela, sai totalmente livre de água.
A água também é importante na produção de vapores que servirão para o
processamento e recuperação de solvente hexano e fundamental também para o
tratamento do farelo em termos nutricionais e de qualidade.
8.1.1.7 A Torta ou Lex
A torta ou Lex é formada por: farelo, hexano retido, água e óleo residual que
sai do extrator. Após o extrator, a torta vai a uma seção onde deve ocorrer
vaporização do hexano e o tratamento do farelo para se obter um produto
praticamente livre de solvente e com a qualidade exigida para ser comercializado.
Para Paraíso (2001), “...o aspecto mais relevante na operação em relação a
composição é o teor de óleo residual que deve ser menor que 1,0% e o teor de
hexano que deve estar na faixa de 25 a 30%.”
8.2 PRINCIPAIS ETAPAS E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE ÓLEO VEGETAL
DE SOJA
A obtenção de óleo de soja pode variar de indústria para indústria, mas
geralmente segue uma das três séries de processos básicos citados por Thomas
24
(2003) que é a utilização da prensagem, do processo misto ou por meio do uso de
solvente sob forma contínua.
O processo de prensagem é feito através de prensas contínuas de alta
pressão que comprimem a matéria-prima, extraindo dela o óleo. Entretanto, Paraíso
(2001) cita que por ser totalmente ineficiente, deixando um teor de óleo residual na
torta de soja em torno de 4 a 5% e consumir muita energia elétrica, em média 65,0
kWh, e mão-de-obra, foi deixado de lado e não mais se utiliza para a extração de
óleo de soja.
O processo denominado de misto ou misto descontínuo, segundo Thomas
(2003), corresponde à combinação do sistema de prensagem com o sistema de
solvente e possui como características um rendimento melhor, com menor gasto de
energia e menor residual de óleo no farelo. Ainda pode ser encontrado em algumas
empresas de pequeno e médio porte. Para Paraíso (2001) o consumo de energia
gira em torno de 46,0 kWh de energia por tonelada de soja e gera um residual de
óleo na torta de 1,1 a 1,4%.
Já o meio de processamento mais usual em grandes indústrias esmagadoras
de soja é o método de extração por solvente por ser mais eficiente em termos de
rendimento de óleo extraído e consumo de mão-de-obra e energia. Em média,
Paraíso (2001) aponta para um consumo de 20 a 25kWh de energia por tonelada
com 0,8% de residual de óleo na torta. Por ser o método mais eficiente no momento,
será o objeto do aprofundamento deste estudo, não sendo mais mencionado os
demais métodos de extração.
Em relação à operação dos sistemas de extração, Thomas (2003) ainda
classifica-os em descontínuos e contínuos. Os sistemas descontínuos utilizam-se do
método de infusão e do método de enriquecimento.
25
Método de infusão – quando um ou mais recipientes fixos são usados como extratores; estes são carregados com a matéria-prima e, a seguir, são fechados, introduzindo o solvente sobre o material, mexendo-se a mistura com um dispositivo de movimentação. Depois a mistura solvente/óleo (miscela) é drenada.
Método de Enriquecimento – este método utiliza os extratores do tipo panela que são recipientes fixos, com um sistema misturador na parte inferior. Sobre o fundo de cada recipiente, existe uma peneira, com tela de filtro, que suporta a matéria-prima, permitindo a passagem da miscela. Os recipientes são carregados em série com a miscela que entra primeiro em contato com a matéria-prima pobre em óleo na zona de extração. Depois passa para as outras panelas, enriquecendo-se. (Thomas 2003, p.8).
Já os sistemas contínuos usam o método de submersão e o método de
passagem ou percolação. No método de submersão a matéria-prima fica submersa
no solvente. O solvente se movimenta contra o sentido do material a extrair e é
retirado embaixo da entrada do material.
O método de passagem ou percolação é descrito por Thomas (2003) como
sendo “baseado no princípio do umedecimento permanente da superfície percolando
o solvente”. Afirma ainda que “há uma permanente troca entre o fluxo livre de óleo e
o solvente que é retirado pela matéria-prima”. Este processo necessita que o
solvente possa passar livremente através das partículas de matéria-prima,
denominado de “Percolação”. Possui a vantagem em relação ao método de
submersão de não precisar agitar as partículas do grão, mas necessita de óleo livre
e pré-tratamento dos grãos. Como resultado, consegue conter até 30% de óleo se
for bem aplicado o princípio de fluxo contracorrente.
A obtenção do óleo de soja divide-se em duas importantes etapas de
produção: produção do óleo bruto e da torta ou farelo; refinação do óleo bruto.
As etapas da produção do óleo bruto e da torta ou farelo são:
− Recebimento e armazenamento da soja;
− Preparação da matéria-prima
26
− Extração do óleo bruto.
Dorsa (1988) introduz um exemplo prático do funcionamento de uma planta
de extração de óleo de soja bruto degomado, Figura 3, e que atende o objeto deste
estudo e de outros autores citados neste trabalho.
Fonte: (Dorsa, 1988)
Figura 3: Processo simplificado de extração direta de óleo de soja.
27
8.2.1 Recebimento e Armazenamento da Soja
Esta fase inicial compreende as etapas de pesagem, limpeza, secagem e
armazenamento. A pesagem, na maioria das empresas é feita por mecanismos
eletrônicos ou informatizados capazes de registrar e gerar relatórios personalizados
do fluxo de entrada e eficiência da produção. Para Amaral, Jaigobind e Jaigobind
(2006), a soja recebida como matéria-prima nas unidades industriais é classificada
conforme padrões de umidade, impurezas, percentual de grãos quebrados e outros.
Em função da classificação pode-se proceder uma operação conhecida como pré-
limpeza, que é realizada por máquinas dotadas de peneiras vibratórias ou de outros
dispositivos que separam os grãos de materiais contaminantes ou sujidades de
tamanho maior que o grão.
O armazenamento deve ser efetuado em baixa umidade, pois diminui a
atividade enzimática e o crescimento de microfloras de fungos e bactérias. As
sementes com umidade superior a 12,5% devem passar por secadores antes do
armazenamento, caso contrário, pode ocorrer a degradação de proteínas, de
carboidratos, de fosfolipídios, gerando compostos lipossolúveis que contaminam o
óleo, afetando a cor, odor e o sabor.
8.2.2 Preparação da Matéria-prima
A preparação é uma fase intermediária entre o armazenamento e a extração
do óleo de soja. Nesta etapa o grão é preparado para aumentar a capacidade de
extração, mas antes de serem processados, Amaral, Jaigobind e Jaigobind (2006),
citam que os grãos devem ser limpos e é nesta etapa que sujidades e fragmentos de
metais são removidos por peneiras vibratórias e rotativas sob ventilação, e
impurezas metálicas são eliminadas por meio de imãs instalados próximo às
peneiras. Esta etapa abrange ainda os processos de descascamento, trituração,
28
condicionamento e expansão ou extrusão do grão de soja que serão descritos a
seguir.
8.2.2.1 Descascamento ou descorticação
É o processo de retirada da camada superior do grão de soja realizado com o
auxilio de equipamentos tais como, rolos estriados horizontais, girando com
velocidade diferente e em sentidos contrário, ou ainda, em aparelhos com discos
verticais, descorticadores de barras e outros. Os objetivos da separação das cascas
são:
a) Aumentar a capacidade de extração, pois as cascas possuem muito pouco óleo;
b) Reduzir o óleo retido no farelo, que são as perdas de óleo no extrator;
c) Controle do teor de fibras do farelo, pois as cascas são ricas em fibra e podem ser adicionadas posteriormente no farelo, tendo um lucro maior. (Thomas 2003, p.16)
Dentre os métodos de descasque aplicados, Custódio (2003) cita:
• O método convencional, onde há uma separação das cascas após a
quebra e antes do condicionamento e da laminação;
• O método Escher-Wyss, no qual é feita uma separação de cascas após
a realização da quebra dos grãos que receberam um tratamento
térmico inicial com ar quente;
• E por último o método Popping em que as cascas são removidas após
ser realizado um tratamento térmico com divisão das sementes em
leito fluidizado antes da quebra e da laminação;
29
8.2.2.2 Trituração
Tem por objetivo reduzir o tamanho do grão para que a matéria-prima possa
ser laminada. Para Amaral, Jaigobind e Jaigobind (2006), a trituração facilita o
rompimento do tecido das paredes das células e diminui a distância entre o centro
da semente e sua superfície, possibilitando o aumento da superfície de saída do
óleo. A desintegração ativa as enzimas celulares principalmente lipase e peroxidase,
gerando um efeito negativo sobre a qualidade do óleo e da torta ou farelo de soja.
Daí a necessidade de que este processo seja feito rapidamente e seguido de
inativação das enzimas pelo cozimento.
Comumente quebra-se o grão em oito partes. Thomas (2003) observa que o
processo é feito com quebradores constituídos de dois pares de cilindros ranhurados
que giram em sentidos opostos e em diferentes rotações para facilitar a quebra do
grão. Um quebra em quatro partes, enquanto que o outro quebra em oito partes.
Estes cilindros possuem ajustes de pressão mecânica para acertar a distância que
um rolo ficará do outro, normalmente entre dois e três milímetros, e determinar o
tamanho das partículas.
8.2.2.3 Cozimento ou Condicionamento
É a etapa que precede a laminação onde é injetado vapor direto de modo a se
aumentar de forma conjunta a umidade e a temperatura dos grãos. Thomas (2003)
descreve que o cozimento tem por finalidade dar à matéria-prima certa plasticidade
do material, ajustando a umidade para a formação de flocos de resistência mecânica
apropriada. Serve também para provocar a liberação de óleo na matéria-prima e
possibilitar a coagulação de certos componentes protéicos que são solúveis no óleo.
Custódio (2003) cita ainda como benefícios o incremento de permeabilidade das
células, a aglomeração das gotículas de óleo e redução da viscosidade e o
30
aquecimento para deixar o grão quebrado em temperatura ótima para a extração do
óleo.
8.2.2.4 Laminação
A laminação é um processo onde o material sólido passa entre cilindros lisos
que funcionam em rotações diferentes e sentidos opostos que rompem e distorcem
as células. Para Custódio (2003), esta etapa desempenha a função de aumentar a
superfície de contato entre o sólido e o solvente. Como resultados, pode-se melhorar
simultaneamente a permeabilidade no interior das partículas sólidas, denominadas
de flocos depois da laminação, e a percolação do solvente num meio onde é
formado por camadas de flocos. Resumindo, obtém-se um maior contato entre as
fases com melhor penetração e drenagem de solvente no leito do extrator. Thomas
(2003) nos traz um modelo esquemático de um laminador e destaca ainda que os
flocos obtidos geralmente oscilam na faixa de espessura de 0,25mm a 0,35mm com
uma área de superfície de 1,5cm² aproximadamente. Na Figura 4 é possível
visualizar mais detalhes de um laminador.
Fonte: Thomas, 2003
Figura 4: Laminador de semente oleaginosa
Custódio (2003) aponta ainda que os flocos
uma permeabilidade elevada, mas em contrapartida, produzem leitos com baixa
percolabilidade. Da mesma forma, quando se tem flocos mais espessos, têm
leitos com alta percolabilidade e menor permeabilidade. Por fim, a lamin
para gerar um equilíbrio entre as fases do processo com boa permeabilidade no
floco e percolabilidade no leito de extração.
8.2.2.5 Expansão ou Extrusão
O processo de expansão confunde
um equipamento chamad
após as etapas condicionamento e laminação
superiores à do ponto de ebulição da água.
Figura 4: Laminador de semente oleaginosa
Custódio (2003) aponta ainda que os flocos quando muito finos, apresentam
uma permeabilidade elevada, mas em contrapartida, produzem leitos com baixa
percolabilidade. Da mesma forma, quando se tem flocos mais espessos, têm
leitos com alta percolabilidade e menor permeabilidade. Por fim, a lamin
para gerar um equilíbrio entre as fases do processo com boa permeabilidade no
floco e percolabilidade no leito de extração.
Expansão ou Extrusão
O processo de expansão confunde-se com extrusão por que é realizado em
um equipamento chamado de extrusor. Lopes (2008) descreve que as partículas
condicionamento e laminação são comprimidas a temperaturas bem
superiores à do ponto de ebulição da água. Quando atinge a saída do expansor
LEGENDA
1. Ajuste do fluxo da 2. Alimentador com ímã
permanente rebatível;3. Ajuste da espessura da lâmina
com máquina em funcionamento;4. Portas removíveis em aço inox;5. Mancais bipartidos6. Coletor de amostras e degrau
para inspeção7. Homogeneizador e distribuidor
de fluxo; 8. Sensor de presença de produto;9. Direcionador de fluxo;10. Sensor de acumulação de
produto sobre os cilindros;11. Limpadores dos cilindros;12. Amortecedor de vibração.
31
quando muito finos, apresentam
uma permeabilidade elevada, mas em contrapartida, produzem leitos com baixa
percolabilidade. Da mesma forma, quando se tem flocos mais espessos, têm-se
leitos com alta percolabilidade e menor permeabilidade. Por fim, a laminação entra
para gerar um equilíbrio entre as fases do processo com boa permeabilidade no
se com extrusão por que é realizado em
descreve que as partículas
comprimidas a temperaturas bem
a saída do expansor, que
LEGENDA
Ajuste do fluxo da alimentação; Alimentador com ímã permanente rebatível; Ajuste da espessura da lâmina com máquina em funcionamento; Portas removíveis em aço inox; Mancais bipartidos Coletor de amostras e degrau para inspeção Homogeneizador e distribuidor
e presença de produto; Direcionador de fluxo; Sensor de acumulação de produto sobre os cilindros; Limpadores dos cilindros; Amortecedor de vibração.
32
está ao nível da pressão atmosférica, o vapor de água expande-se, modificando as
propriedades do material estudado. Esta expansão resulta em alguns benefícios
como em um acréscimo de densidade em relação ao material laminado, uma melhor
percolabilidade por ser menos frágil, melhor drenagem do material sólido ao final da
extração e menor arraste de solvente pelos sólidos. A Figura 5 extraída de Thomas
(2003) nos traz um extrusor do tipo auto-cone dentado muito comum em indústrias
esmagadoras de soja.
Fonte: Thomas, 2003
Figura 5: Modelo de extrusor auto-cone dentado
8.2.3 Extração do Óleo Bruto
De uma forma geral o processo de extração envolve três etapas: a
preparação das sementes em forma de flocos, a extração com solvente e a
recuperação do solvente utilizado. A preparação das sementes já foi descrita nas
etapas anteriores deste trabalho e tem por função modelar o grão em forma de
flocos que facilitem a extração do óleo. Os flocos provenientes da preparação são
colocados no extrator juntamente com solvente (hexano na maioria das empresas)
para a separação do óleo. Desta etapa resultam duas correntes diferentes, a torta ou
Lex que é a mistura de farelo de soja, hexano, água e óleo residual e a miscela que
33
é a combinação do óleo de soja com o hexano. A etapa final envolve a separação e
recuperação do solvente hexano presente na torta e na miscela. Paraíso (2001)
consegue sintetizar estas etapas em forma de um fluxograma de fácil compreensão
que pode ser visualizado na Figura 6 abaixo.
Fonte: Paraíso, 2001
Figura 6: Esquema geral da obtenção de óleo bruto de soja 8.2.3.1 Extração do Óleo Utilizando Solvente
Após a preparação das sementes em forma de flocos descritas nas fases de
recebimento até a Expansão ou Extrusão, realiza-se a etapa de extração com
solvente que é uma operação de transferência de massa utilizada na indústria
alimentícia com o objetivo de retirar o óleo das sementes oleaginosas. A extração do
óleo presente no floco é descrita por Custódio (2003) e compreende quatro etapas
distintas conforme visualização na Figura 7 abaixo.
34
Fonte: Custódio, 2003
Figura 7: Mecanismo de extração do óleo por solvente
Na etapa 1, o solvente entra em contato com a superfície do floco. Na etapa
2, ocorre o fenômeno de difusão do solvente da superfície do floco até o óleo a fim
de dissolvê-lo. Na etapa 3 acontece a difusão da mistura do solvente e óleo,
denominado de miscela, através do floco até atingir a sua superfície. E por fim na
etapa 4 ocorre drenagem da miscela para outra posição distante do floco extraído.
Custódio (2003) comenta ainda que para alcançar o objetivo principal da
extração que é reduzir o teor de óleo no floco ao menor valor possível, gastando o
mínimo de solvente, deve-se levar em conta dois fatores: o primeiro refere-se a
quantidade de óleo não extraído nas etapas 1 e 2; o segundo refere-se ao óleo de
superfície (óleo que não completou a etapa 4 da Figura 7 devido a ineficiência no
processo de drenagem da miscela). Conforme o mesmo autor há a possibilidade de
atenuar as perdas de óleo não extraído descritas, preparando o floco de maneira
que haja uma ruptura das células, aumentando assim, a área de contato entre o óleo
e o solvente. Já para a redução da quantidade de óleo de superfície, deve-se
35
preparar o floco de maneira que forme um leito que não empacote durante o
processo de drenagem.
8.2.3.2 Extração Industrial com Hexano
A operação industrial de extração de óleo de soja utilizando o solvente
hexano pode ser realizada nos mais diversos tipos de extratores, dependendo do
tamanho da empresa e quantidade de soja moída por dia. Todos eles procuram em
comum movimentar grandes volumes de solvente e sólido, em um tempo de
retenção que pode variar de 30 a 120 minutos. Outra característica é que eles
devem propiciar a separação dos sólidos do solvente para minimizar o arraste de
solvente junto com a torta ou miscela. Os equipamentos mais comuns segundo
Custódio (2003) são:
• Extratores por percolação – onde o solvente líquido ou miscela são
bombeados sobre um leito de flocos que percola o leito e sai ao fundo
através de placas perfuradas. Dentro desta classificação se encontram
extrator rotatório, o de corrente e cestos, o de correias perfuradas e o
tipo filtro.
• Extratores por imersão - equipamento composto de duas torres
verticais contendo roscas perfuradas que arrastam lentamente o
material através do solvente e que são ligadas por uma peça
horizontal. São indicados para pequenos volumes de sementes, mas é
de fácil operação.
Nas operações de extração de médias e grandes empresas costuma-se
utilizar equipamentos capazes de processar grandes volumes de sementes como o
giratório ou rotocel. As figuras 8, 9 e 10 demonstram em detalhes a estrutura e as
36
divisões do extrator rotocel. Na Figura 8, apresenta-se uma imagem real de um
extrator tipo rotocell utilizado na empresa estudada.
Autorização: Coceagro
Figura 8: Extrator tipo rotocel
Já na Figura 9, pode-se visualizar as estruturas internas do rotocell além da
entrada e saída de sólidos e solvente.
Fonte: Paraíso, 2001.
Figura 9: Vista interna do extrator
Fonte: Moore, 2002.
Figura 10: Vista interna do extrator
Na figura 10, introduzida por
os componentes que fazem parte de um extrator tipo rotocell. São eles:
− Um sistema de roscas que faz a aliment
− Um sistema de alimentação de hexano puro localizado no lado oposto
da entrada das lâminas de soja (sólidos);
− Um conjunto de sete compartimentos, sendo seis que funcionam como
coletores da miscela que vai se formando nos leitos
extrator, e um que serve para a descarga.
− Um conjunto de bombas instaladas aos compartimentos e que tem
como função retornar a miscela sobre os leitos sólidos, em posições
anteriores ao compartimento na qual está instalada, para garantir
efeito contracorrente da operação;
Figura 10: Vista interna do extrator
Na figura 10, introduzida por Moore (2002) evidencia-se esquematicamente
os componentes que fazem parte de um extrator tipo rotocell. São eles:
Um sistema de roscas que faz a alimentação dos flocos no extrator;
Um sistema de alimentação de hexano puro localizado no lado oposto
da entrada das lâminas de soja (sólidos);
Um conjunto de sete compartimentos, sendo seis que funcionam como
coletores da miscela que vai se formando nos leitos
extrator, e um que serve para a descarga.
Um conjunto de bombas instaladas aos compartimentos e que tem
como função retornar a miscela sobre os leitos sólidos, em posições
anteriores ao compartimento na qual está instalada, para garantir
efeito contracorrente da operação;
LEGENDA
To miscela tank = Para o tanque de miscela;
Storage pump nº.3 =
Storage pump nº.4 =
Compartment = Compartimento;
Solvente feed = Alimentação de solvente;
Storage pump nº.5 =
Rotation = Rotação;
Discharge Hopper =
Storage pump nº.1 =
Feed conveyor = Rosca de alimentação;
Flakes in = Entrada de lâminas.
37
se esquematicamente
os componentes que fazem parte de um extrator tipo rotocell. São eles:
ação dos flocos no extrator;
Um sistema de alimentação de hexano puro localizado no lado oposto
Um conjunto de sete compartimentos, sendo seis que funcionam como
coletores da miscela que vai se formando nos leitos durante o giro do
Um conjunto de bombas instaladas aos compartimentos e que tem
como função retornar a miscela sobre os leitos sólidos, em posições
anteriores ao compartimento na qual está instalada, para garantir o
LEGENDA
Para o tanque de
= Bomba n.3;
= Bomba n.4;
Compartimento;
Alimentação de solvente;
= Bomba n.5;
= Descarga;
= Bomba n.1;
Rosca de alimentação;
Entrada de lâminas.
38
− Um conjunto de jatos estacionários que tem a função de lançar ou
aspergir a miscela ou hexano puro sobre o leito.
Conforme Paraíso (2001), o solvente puro lançado sobre o leito do
compartimento maior (6 da figura 10) garante um tempo maior de contato com a
massa sólida, permitindo assim, uma melhoria no processo de difusão do solvente
para o interior das células dos flocos. Com isso obtém-se um rendimento superior na
extração de óleo.
Por fim, quando os sólidos chegam ao compartimento sete, são
descarregados e a miscela concentrada que estava nos dois primeiros
compartimentos, se juntam e são encaminhados ao tanque de miscela para a
separação da mistura óleo e hexano. Os sólidos descarregados no compartimento
sete seguem em direção ao DT para realizar a evaporação total do solvente
presente no farelo. Os dois processos de recuperação de solvente hexano serão
abordados em capítulos separados a seguir, em virtude de ser o foco do estudo
deste trabalho.
8.4 DESSOLVENTIZAÇÃO/TOSTAGEM E RECUPERAÇÃO DO HEXANO
O DT é um equipamento de secagem de farelo que combina a evaporação e
recuperação do solvente com uma cocção úmida. Para Oetterer, d'Arce e Spoto
(2006), o farelo úmido ao deixar o extrator pode conter ainda em sua composição,
35% de hexano, 7% a 8% de água e 0,5% a 1% de óleo. Quando entra no DT o
farelo pode carregar de 25% a 35% de solvente, variando conforme as técnicas
aplicadas no preparo, tipo de extrator e condições do grão de soja que entra pra
moagem. Custódio (2003) apresenta em seu estudo um modelo simplificado do
sistema de dessolventização e tostagem do farelo que facilita a compreensão das
39
interfaces envolvidas no processo. A Figura 11 nos mostra que a torta ou lex
proveniente do extrator é encaminhada para o DT onde são gerados duas correntes
diferentes: uma é o farelo úmido e a outra, os vapores de hexano e água que
servirão posteriormente como fluido de aquecimento na destilação da miscela no
primeiro evaporador.
Fonte: Custódio, 2003.
Figura 11: Esquema geral do processo de dessolventização e tostagem do farelo.
A etapa de dessolventização visa separar a maior parte do hexano que ficou
retido no Lex durante a operação de extração. A torta entra na parte superior do DT
e vai fluindo de cima para baixo através de compartimentos chamados de estágios
ou pratos.
Nos três pratos superiores constituem a seção de alimentação e remoção de
solvente, enquanto que os quatro pratos inferiores são destinados para a tostagem
do farelo.
Oetterer, d'Arce e Spoto (2006) citam que a operação de dessolventização
requer muita atenção em virtude de consumir cerca da metade do vapor produzido
40
na unidade de extração. Outro aspecto importantíssimo ressaltato é que a maior
parte da perda de solvente ocorre nesta etapa, cerca de 35% a 65% do total.
8.5 DESTILAÇÃO DA MISCELA E RECUPERAÇÃO DO HEXANO
A destilação segundo Oetterer, d'Arce e Spoto (2006) consiste em aquecer a
miscela sob vácuo e posteriormente realizar a evaporação do solvente. Durante o
processo, o óleo é exposto a temperaturas mais elevadas, e a medida que vai
aquecendo, vai volatilizando o solvente residual. O óleo bruto recuperado e
dessolventizado segue para o tanque de depósito.
Já os vapores de solvente são condensados, separados da água via
decantação simples, aquecidos e enviados novamente para o processo de extração.
Ainda para Oetterer, d'Arce e Spoto (2006), a evaporação ocorre sob vácuo parcial
de 50 mmHg em evaporadores de duplo efeito e em um evaporador de alta
eficiência, seguido de aplicação de vapor de arraste ao óleo para a retirada dos
restos finais de solvente, sob vácuo de 100 mmHg na saída.
Em relação a concentração da miscela, ela chega ao primeiro evaporador
variando entre 22 a 30% de óleo. Ao sair do primeiro evaporador a concentração vai
a 65% e para 95% na saída do segundo evaporador. Depois, o óleo bruto é
recuperado e o solvente volatilizado é canalizado para condensadores resfriados por
água corrente e para os tanques para retornar ao processo.
A seguir é apresentado em três fluxogramas a evolução dos sistemas de
destilação de miscela e os aprimoramentos realizados ao longo dos anos. Todos os
exemplos e explicações foram citados em trabalhos anteriores por Paraíso (2001) e
Custódio (2003), entre outros autores não mencionados e se adaptam as condições
reais de operacionalidade dos sistemas atuais de extração de óleo de soja.
41
No projeto original de destilação destacado na figura 12, não se observava
ainda uma grande preocupação com os níveis de energia consumidos. Preocupava-
se com a qualidade do óleo produzido, mas não se levava em conta os custos de
produção. Por este esquema de destilação, a soja preparada em flocos e o solvente
hexano entram no extrator resultando em miscela e torta ou lex. A torta ou lex é
encaminhada aos DT para separar o hexano do farelo através da operação de
stripping com vapor direto. O farelo úmido sai no fundo e os vapores saem no topo
para a condensação, decantação e separação da mistura água e hexano e posterior
retorno ao processo.
A miscela por sua vez, passa por um conjunto de operações destacadas no
retângulo pontilhado da figura 12 denominado de destilação da miscela. Seguindo o
esquema do projeto original destacado por Paraíso (2001), a miscela passa por um
evaporarador, onde sofre um aquecimento de vapor condensado com o objetivo de
torna-la mais concentrada e obter o máximo de evaporação de hexano. Depois a
miscela concentrada passa por uma coluna onde sofre um stripping de vapor direto.
Nesta etapa, o óleo bruto sai pela parte inferior e os vapores de hexano e água
saem pela parte posterior, indo se juntar ao vapor de hexano que sai do
evaporador. Estes gases seguem depois para um decantador onde a água se
separa do hexano que retorna ao processo.
42
Fonte: Paraíso, 2001.
Figura 12: Projeto original de destilação da miscela.
O segundo sistema de destilação apresentado na figura 13 trouxe uma
pequena melhoria em relação a economia de energia. Neste projeto implantou-se o
aproveitamento dos vapores quentes provenientes do DT para uso como fonte de
calor no evaporador e para promover uma concentração de 90% ou mais da
miscela. Outra modificação apresentada foi a introdução de um condensador
específico para o evaporador e para o stripper.
43
Fonte: Paraíso, 2001.
Figura 13: Segundo sistema de destilação da miscela.
O terceiro e último sistema mostrado na figura 14 difere do segundo pela
implantação de mais um evaporador na linha, permitindo maior produção, economia
de energia e um melhor aproveitamento dos gases quentes do DT. Este sistema é o
utilizado na maioria das indústrias, com pequenas adaptações de alguns
equipamentos a mais.
44
Fonte: Paraíso, 2001.
Figura 14: Terceiro sistema de destilação da miscela.
8.6. PRINCÍPIOS E VARIÁVEIS ENVOLVIDOS NA UTILIZAÇÃO E RECUPERAÇÃO
DE HEXANO NA EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA
8.6.1 Temperatura
De acordo com Torreira (1995, p.2) “a medida do estado de agitação das
partículas do corpo” ou ainda como sendo “o número que se é associado ao corpo
para caracterizar o seu estado térmico, o seu estado de aquecimento.” Pode-se
dizer ainda que é a quantidade de calor transferida de outro corpo.
45
A unidade básica para a representação da temperatura é o Kelvin (K). Mas
devido ao grande uso e por praticidade utiliza-se internacionalmente graus Celsius
(ºC) com a equivalência de:
0ºC = 273K
A medição da temperatura para Torreira (1995, p.2) é feita de maneira indireta
através da medida dos valores que uma outra grandeza ou corpo assume quando
em contato com o primeiro corpo. Este segundo corpo é o termômetro e a grandeza
referida é a termométrica.
O mesmo autor explica ainda que quando dois corpos com grandezas
termométricas diferentes são postos em contato, há uma variação em sentido
contrário das propriedades até chegarem a um ponto onde não há mais variação
térmica. Neste ponto tem-se o equilibrio térmico onde as temperaturas dos dois
corpos são iguais. Se convencionarmos que um corpo A está em contato com um
corpo B que é o termômetro, pode-se concluir que quando as duas temperaturas
chegam a equivalência, pode-se coletar os dados do termômetro com o máximo de
precisão.
8.6.1.1 Sensores de Temperatura
Os sensores de temperaturas são definidos por Torreira (1995, p. 7) como
“...transdutores que alteram uma ou mais de suas características físicas ao se
equalizar com o meio a ser determinada a temperatura.”
Para as medições térmicas estes instrumentos podem se valer de:
• Alterações Físicas: volume, pressão, dilatação.
46
• Alterações Elétricas: resistência ôhmica, geração de f.e.m.
Os sensores servem para os mais diversos usos e funções. A figura 15
esboça alguns dos principais tipos de sensores de temperatura.
INSTRUMENTO GRANDEZA
FÍSICA ASSOCIADA
TRANSDUTOR FAIXA DE MEDIÇÃO
(ºC) UTILIZAÇÃO
Termômetro Acústico
Velocidade do som
Cavidade acústica de ressonância -273 a -223
Medição de Laboratório
Termômetro a Vapor
Pressão Bulbo metálico com capilar com vapor
saturado -269 a 100
Medições em Laboratórios e
Indústrias Termômetro de
Germânio Resistência
Elétrica Cápsula quadripolar
de “Ge” -271 a -173
Medições padrão em laboratórios
Termômetro a gás
Pressão (geral/ a volume, etc.)
Bulbo metálico com capilar com gás
-269 a 1064
Medições em Laboratório
Termistor Resistência Elétrica
Resistor semicondutor de óxido metálico
-269 a 200
Controle industrial, laboratorial e
condicionadores de ar
Termômetro de Quartzo
Freqüência de oscilação mecânica
Cristal de Quartzo corte em Y
-262 a 250 Laboratórios e
indústrias
Termômetro de Resistência
Resistência Elétrica
Bulbo de Platina Cu Ni
-173 a 1064
Laboratórios e indústrias
Termopar Força Eletromotriz
União de fios de condutividade
diferentes
-253 a 2400
Medição e controle em lab. e indústrias
Termômetro de Pulso Acústico
Velocidade do Som
Haste metálica (Al, W, Mo)
-243 a 3100
Laboratório e indústria nucleares
Termômetro de líquido em haste
de vidro
Expansão Térmica
Bulbo de vidro com capilar com mercúrio
-200 a 500 Laboratórios e
indústria
Termômetro bi- metálico
Expansão térmica
diferencial
Duas lâminas ou hastes aderentes
-148 a 400 Controle industrial e condicionadores de
ar Pirômetro de
Radiação total Radiação eletro
magnética Detetor de radiação
(termopilha) 0 a 5000
Medição e controle industrial
Pirõmetro de radiação seletiva
f.e.m ou Resistência
Foto-diodo ou sensor de radiação
0 a 5000 Medição e controle
industrial
Pirômetro Ótico automático
Concentração espectral de
radiação Detetor foto Elétrico 750 a 5000
Laboratórios e indústrias
Pirômetro Ótico Manual
Concentração espectral de luminosidade
Olho humano 750 a 5000 Laboratórios e
indústrias
Fonte: Torreira, 1995
Figura 15: Tipos de Sensores de Temperatura
47
8.6.2 Pressão
A pressão é definida por Torreira (1995) com sendo a ação de uma força
sobre determinada superfície. Ela pode ser determinada através de aparelhos
chamados de manômetros que registram valores de pressão acima ou abaixo da
atmosférica, de qualquer gás ou líquido que esteja no interior de uma câmara ou
tubulação.
Os valores de conversão usados na manometria e que são ainda muito
utilizados são:
1 kgf/cm² = 1 bar (aproximadamente)
1 kgf/cm² = 14,22 lbf/pol²
1 kgf/cm² = 1 bar = 100.000 Pa = 100 Kpa = 0,1 Mpa
Dentre os principais tipos de manômetros utilizados Torreira (1995) cita:
• Manômetro simples ou “standard” – equipamento que possui um
elemento elástico (Bourdon) com conexão e meios para medir e indicar
uma única pressão e que pode ser construído para intervalo de
medições de 1 bar a te 1.000 bar.
• Manômetro duplo - equipamento dotado de dois Bourdons
independentes, duas conexões e meios de determinar até duas
pressões.
• Manômetro diferencial – equipamento dotado de duas conexões e
meios para medir e indicar a diferença entre duas pressões.
48
• Manômetro de coluna de água – equipamento dotado de um diafragma
como elemento elástico, adequado para medir baixímas pressões (de
10 milibares a 500 milibares).
• Manômetro de aplicação específica – equipamento destinado ao uso
com fluidos especiais como amônia, oxigênio, acetileno, e outros.
• Manômetro de teste – indicado para verificar através de comparação, o
desvio de indicação e atuação de outros instrumentos, funcionando
com pressão.
• Manômetro com fluido amortecedor – manômetro carregado com
glicerina ou silicone com o objetivo de amortecer vibrações e pulsações
no instrumento, quando o mesmo está sujeito a condições severas de
uso em campo.
• Manômetro petroquímico – construído com materiais inoxidáveis e
indicado para ambiente agressivo. É usado caixas de nylon ou fenol
como parte constituinte do equipamento.
9. CRONOGRAMA
Pla
neja
men
to
e E
xecu
ção
Atividades Abril Maio Junho Julho Agosto
1s
2s
3s
4s
1s
2s
3s
4s
1s
2s
3s
4s
5s
1s
2s
3s
4s
5s
1s
2s
3s
4s
Tema Formulação do Problema Justificativa Objetivos Hipóteses Metodologia
49
Revisão Bibliográfica Cronograma Orçamento Elaboração projeto TCC Revisão projeto TCC Entregar projeto TCC Conclusões Considerações finais
Entregar relatório TCC Final
Apresentar TCC
10.ORÇAMENTO
Despesas Valor (R$) Energia elétrica 30,00 Alimentação 35,00 Deslocamentos 211,00 Internet 49,73 Ligações Telefônicas 25,00 Hospedagem 304,00 Total 654,73
50
REFERÊNCIAS
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