MEMORIAL DESCRITIVO

[MICRODESTILARIA DE ÁLCOOL COMBUSTÍVEL]

Por:

Juarez de Sousa e Silva Roberta Martins Nogueira

UFV -MG UFMT-MT

www.poscolheita.com.br

11/12/2009

MEMORIAL DESCRITIVO

[MICRODESTILARIA DE ÁLCOOL COMBUSTÍVEL] 1. Considerações iniciais Este documento contém todas as especificações técnicas para a execução das instalações necessárias à produção de 1.000 litros de álcool combustível (92 °GL) a partir da cana-de-açúcar para o Cooperado (..........) da Cooperativa Agropecuária Mista e Industrial de (......). A planta, com o layout da unidade encontra-se em anexo a este documento, dessa forma, todas as informações contidas nesse memorial foram baseadas na instalação prevista. 2. Dados da produção O presente projeto tem por objetivo a produção diária de 1.000 litros de etanol para ser utilizado como combustível em motores de combustão interna ou para a queima e utilização do calor produzido em processos agroindustriais da Fazenda (....), pertencente ao Sr. (....) e o excedente será comercializado pela CAMI. A produção do etanol se dará pela destilação do álcool produzido pela fermentação do caldo da cana de açúcar. Considerando-se tal produção, segue os parâmetros necessários à sua execução: i. Necessidade de mosto fermentado (12 °GL)

1000 L/dia 92 ° GL X 12 ° GL

X = 7700 L/dia ou 8000 L/dia a 12 ° GL

ii. Volume de caldo para atender à essa produção Considerando-se que 10% do volume da dorna não será aproveitado para a destilação (fundo), serão necessários 8800 L/dia de mosto fermentado. Sabendo-se que, para que o caldo possa ser levado à fermentação este deve ter 16 °BRIX, a quantidade de caldo de cana (cana colhida com 21 BRIX) a necessidade de caldo com 21 °BRIX a ser produzido por dia.

8800 21 °BRIX

x 16 °BRIX

X= 6700 L/dia de caldo a 21 °BRIX ** O restante do volume (8800-6700=2100 L) deve ser completado com água.

iii. Massa de cana necessária Considerando-se que 1 tonelada de cana é capaz de produzir, em moendas de médio desempenho, 600 L de caldo, a quantidade diária de cana a ser moída para atender a produção será:

6700L/dia = 600 L/ton x M = 11,2 toneladas de cana por dia

iv. Área de canavial para atender à produção Considerando-se rendimento médio de 100 toneladas por hectare, tem-se:

11,2 ton = 100 ton/há x A A= 0,112 há ou 1120 m² por dia

Nota: Esta área não leva em consideração a necessidade de área de

renovação do canavial. 3. Operações unitárias Aqui serão discutidos todos os aspectos inerentes às diversas operações identificadas no processo, como: moagem da cana, filtragem, decantação e diluição do caldo, fermentação, pré-destilação, destilação e armazenamento. 3.1. Moagem do caldo Conforme apresentado anteriormente, serão necessários 6700 L de caldo por dia. Considerando-se que o engenho funcionará 6 horas por dia, este deverá ter capacidade mínima de 2000 kg de cana por hora. 3.2. Filtragem, decantação e diluição do caldo Após ser extraído, o caldo contém impurezas que podem causar sérios danos aos equipamentos de bombeamento. Dessa forma, após sair da moenda, este deve passar por um filtro comum de tela para remover as impurezas maiores, que deve ser instalado logo na chegada do caldo à sala de diluição. Passado pelo filtro de tela, o caldo segue para o decantador, que deve remover impurezas mais finas. O decantador em questão deve ser construído em aço inoxidável 430, chapa de 1,2 mm com volume aproximado de 300 litros. Após sair do decantador, o caldo segue para a dorna de diluição. A dorna de diluição deve ser construída em aço inoxidável 430 com capacidade aproximada de 3000 L. Para o bombeamento do caldo diluído para as dornas de fermentação será necessários uma bomba de ¼ cv com rotor em aço inoxidável. Adicionalmente, a sala de diluição deve ser construída em alvenaria, com pisos e paredes azulejadas, janelas telados para não permitir a entrada de insetos e pássaros, portas que garantam o acesso restrito e possuir instalação hidráulica com água potável para a diluição do caldo e higienização dos equipamentos e instalações.

3.3. Fermentação O sistema de fermentação será composto por 9 dornas de 3.500 litros cada, construídas em aço inoxidável 430, com fundo cônico e sistema de resfriamento externo por aspersão com água. O processo a ser empregado é o de corte de dornas, onde um conjunto de 3 dornas funciona de forma conjugada para a produção de fermento e de mosto fermentado, conforme pode ser observado na Figura 1. O corte de dornas é feito da seguinte maneira:

1. Encher as dornas 1 e 2 com o caldo devidamente diluído para 16º Brix e iniciar a fermentação. Conduzir o processo tomando-se cuidado para o teor de açúcar final não superar 7º Brix (metade de 16 menos 1).Observação: o volume útil de cada dorna corresponde a 80% do volume total. Isso deve ser feito para evitar transbordamento de espuma durante a fermentação como é visto na Figura 1.2;

2. Transferir metade do material da dorna 2 para a dorna 3; 3. Completar o volume dessas dornas com caldo a 16º Brix; 4. Esperar até o teor de açúcar da dorna 1 cair a zero (transformação total do

açúcar em álcool), quando o seu conteúdo será levado para destilar; 5. Lavar a dorna 1 e transferir para a mesma metade do conteúdo da dorna 3; 6. Preencher essas dornas com caldo, com 16º Brix; 7. Esperar o teor de açúcar da dorna 2 cair para zero e levar seu conteúdo para

destilar; 8. Lavar a dorna 2, para receber metade do conteúdo da dorna 1; 9. Completar o volume dessas dornas, utilizando-se mosto com 16 Brix; 10. Esperar o teor de açúcar da dorna 3 cair para zero, quando o material será

encaminhado para a destilação. Em resumo, o processo de corte das dornas é feito da seguinte maneira (Figura1):

a) Quando parte do material da dorna 2 é transferido para a dorna 3, destila-se o conteúdo da dorna 1;

b) Quando parte do material da dorna 3 é transferido para a dorna 1, destila-se o conteúdo da dorna 2; e

c) Quando parte do material da dorna 1 é transferido para a dorna 2, destila-se o conteúdo da dorna 3.

Figura 1 – Fermentação pelo processo de corte das dornas

Para viabilizar o transporte de m material entre as dornas, será utilizada a mesma bomba da sala de diluição, haja vista ser um equipamento que será utilizado poucas horas por dia. Para tal, as tubulações (mangueiras) devem ser flexíveis para garantir o bom m funcionamento da instalação. Adicionalmente, a sala de fermentação também deve ser construída em alvenaria a, com pisos e paredes azulejadas, Janelas teladas para não permitir a entrada de insetos e pássaros, portas que garantam o acesso restrito e possuir instalação hidráulica com água limpa para a higienização dos equipam mentos e instalações. 3.4. Pré-destilação A pré-destilação é uma operação que servirá para separar o álcool do mosto fermentado a uma concentração de, aproximadamente, 60°GL. Isso facilitara a retificação e aumentará a eficiência da coluna de destilação e será realizada em batelada. Para realizar esta etapa, deverão ser utilizados dois pré-destiladores, modelo UFV, construídos em aço inoxidável 304. A panela do pré-destilador deverá possuir capacidade de 1.000 litros. Os detalhes construtivos de um pré-destilador encontram-se no final deste trabalho. O aquecimento do caldo para sua destilação será feito de forma indireta por meio de serpentinas abastecidas com vapor oriundo de uma caldeira (especificação Industria BENATTI). Além dos pré-destiladores, serão instalados pré-aquecedores do fermentado que servirão como condensadores dos destiladores. Prevê-se a construção de dois pré-aquecedores/condensadores em aço inoxidável 304 com capacidade de 500 litros cada mais 2 condensadores com as mesmas características. Os detalhes construtivos podem ser vistos no final deste trabalho. Os pré-destiladores serão instalados sob um galpão, sem paredes, conforme dimensões mostradas na planta em anexo. O pré-destilado recolhido será bombeado para o setor de armazenagem de pré-destilado por uma bomba de ½ cv com rotor de aço inoxidável. O esquema de bombeamento é mostrado em planta em anexo. 3.5. Destilação O processo de retificação será executado em duas colunas construídas em aço inoxidável 304, panela de 1.000 L e torre de 25 cm de diâmetro. Os detalhes, detalhes construtivos da coluna podem ser vistos nas plantas anexadas, utilizando o pré-destilado produzido no processo anterior como matéria-prima. O aquecimento do pré-destilado para sua destilação será feito de forma indireta por meio de serpentinas abastecidas com vapor oriundo de uma caldeira. Além das colunas serão instalados pré-aquecedores que servirão como condensador do destilado. Prevê-se a construção de 2 pré-aquecedores/condensadores em aço inoxidável 304 com e 500 L de capacidade cada e dois condensadores com as mesmas características. Os detalhes construtivos podem ser vistos em plantas anexas. As colunas serão instaladas sob um galpão, sem paredes, conforme dimensões mostradas em planta anexa. O destilado recolhido será bombeado para o setor de armazenagem de álcool por uma bomba de ½ cv com rotor de aço inoxidável. Cujo esquema é mostrado na planta em anexo.

3.6. Armazenagem O setor de armazenagem deve ser instalado à, no mínimo, 10 metros de distância do fim do galpão de destilação, conforme planta em anexo. Não é necessária a construção do galpão de armazenagem. O armazenamento será composto por 4 tanques de 5.000 litros para pré-destilado e 4 tanques de 5.000 litros de álcool combustível, ou outra quantidade que a cooperativa julgar necessária conforme sua demanda local de combustível ou do intervalo de tempo de recolhimento pela central cooperativa. 3.7. Caldeira Para o fornecimento de calor para a pré-destilação e para a destilação torna-se necessário a aquisição de uma caldeira que forneça 200 kg/h de vapor. 4. Considerações finais A especificação dos materiais devem ser rigorosamente seguida para garantir a durabilidade e segurança dos equipamentos. Para a instalação dos depósitos de combustíveis e da caldeira, devem ser obedecidas as normas de segurança. Caso o interessado não tenha condições de construir o sistema, sugere-se a contratação de uma empresa idônea para fornecer e montar os equipamentos necessários para a mini usina.

Anexo 1 - Esquema geral da unidade

Anexo 2 - Pré-destilador modelo UFV

Vista interna do pré-destilador

Anexo 3 – Coluna de Destilação

Vista geral e detalhes do sistema multifuncional (alambique/coluna de alto grau).

Detalhes das tubulações, conexões e registros do sistema

Anexo 4 - Destilador Contínuo