PRODUÇÃO DE ÓLEO DE SOJA CLARIFICADO

UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

RAQUEL PANSERA

PRODUÇÃO DE ÓLEO DE SOJA CLARIFICADO

BLUMENAU

2012

RAQUEL PANSERA

PRODUÇÃO DE ÓLEO DE SOJA CLARIFICADO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentada à disciplina de Planejamento e Projeto da Indústria II, como requisito parcial para a conclusão do Curso de Engenharia Química da Universidade Regioinal de Blumenau.

Orientador: Prof. Dr. Edelberto Luiz

Reinehr

BLUMENAU

2012

AGRADECIMENTOS

Chegando a etapa final do meu curso agradeço primeiro a Deus que me deu forças

e me orientou nesta jornada.

Aos meus pais e minhas irmãs pelo apoio, paciência, companheirismo e pelo

carinho que sempre tiveram comigo.

Ao Marcelo Boeno que sempre pude contar nas horas de dificuldade e por todo o

apoio e incentivo.

Filomeno Pansera meu avô (in memoriam) que sempre priorizou a educação de

seus netos.

Ao meu orientador Edelberto Luiz Reinehr pela orientação sempre presente e por

todo o conhecimento adquirido durante o desenvolvimento do presente trabalho.

RESUMO

No contexto da indústria alimentícia, a indústria de processamento de óleos

vegetais assume uma posição árdua no que concerne a padronização e controle de

qualidade do produto final. Com o intuito de ser considerado um produto adequado para

consumo, o óleo de soja bruto após ser extraído deve atender requisitos de qualidade que

são estabelecidos durante o processo de refino. Em compêndio, as funções do refino

envolvem melhorias no que diz respeito à qualidade, estabilidade, aroma e sabor do óleo

por meio da remoção ou redução dos níveis de substâncias indesejáveis como pigmentos,

sabões, traços de metais e fosfatídeos. A transformação do óleo de soja bruto em óleo de

soja refinado engloba diversas etapas, as principais são degomagem, neutralização e

clarificação. Dentro desta conjuntura, a etapa de clarificação é freqüentemente

considerada como etapa de importância crítica, devido à possibilidade de correção para

eventuais falhas sucedidas nos processos de tratamento anteriores. A clarificação consiste

na descoloração do óleo previamente neutralizado através de mecanismos de adsorção

que ocasiona uma série de reações para a degradação da cor e prolongamento da

estabilidade oxidativa do óleo. O objetivo do presente trabalho é projetar uma planta em

escala industrial para o processamento de 30.000 toneladas por ano de óleo de soja bruto

em óleo de soja refinado.

Palavras-chave: refino, óleo de soja, clarificação.

ABSTRACT

In the context of the food industry, industrial processing of vegetable oils takes a

tough position with regard to standardization and quality control of the final product.

With the intention of be considered a product suitable for consumption, the crude

soybean oil after being extracted must meet quality requirements that are established

during the process of refining. In compendium functions refining involves improvements

as regards the quality, stability, flavor and taste of the oil by removing or reducing the

levels of undesirable substances such as pigments, soaps, phosphatides, and trace metals.

The transformation of soybean oil crude soybean oil includes several steps, are the main

degumming, neutralization, and clarification. Within this scenario, the step of

clarification is often considered a critical step because of the possibility of correcting any

flaws in the processes of successful treatment earlier. The clarification is the discoloration

of the previously neutralized oil by adsorption mechanisms which causes a series of

reactions to color degradation and prolonging the oxidative stability of the oil. The

objective of this study is to design an industrial scale plant for the processing of 30.000

tons per year of crude soybean oil refined soybean oil.

Keywords: refining, soybean oil, clarification.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Reação de formação de um triglicerídeo ...................................................... 18

Figura 2 – Produtos oleaginosos e seus usos técnicos e comestíveis ............................. 19

Figura 3 – Instalação de degomagem com água ............................................................ 25

Figura 4 – Instalação de degomagem ácida simples ...................................................... 27

Figura 5 – Instalação de degomagem especial . ............................................................ 28

Figura 6 – Diagrama de blocos ..................................................................................... 38

Figura 7 – Visualização do trocador de calor W100 ..................................................... 85

Figura 8 – Visualização do tanque B100 .................................................................... 109

Figura 9 – Visualização do misturador estático V100 ................................................. 111

Figura 10 – Visualização do reator R100 .................................................................... 113

Figura 11 – Visualização da centrífuga de discos S100 .............................................. 116

Figura 12 – Visualização do bin B200 ........................................................................ 117


Figura 14 – Visualização do tanque B300 .................................................................. 122



Figura 17 – Visualização do misturador estático V200 ............................................... 128



Figura 20 – Visualização do silo B500 ....................................................................... 134

Figura 21 – Visualização dos filtros F100 e F200 ....................................................... 136

Figura 22 – Visualização da caçamba E100 ................................................................ 139

Figura 23 – Visualização do tanque B600 .................................................................. 140

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Cronograma de execução das atividades..................................................... 10

Tabela 2 – Evolução do consumo de óleos vegetais no Brasil ...................................... 14

Tabela 3 – Composição do óleo de soja bruto e refinado ............................................. 17

Tabela 4 – Características de identidade do óleo de soja .............................................. 18

Tabela 5 – Etapas do refino físico e químico. .............................................................. 22

Tabela 6 – Etapas de refino e substâncias removidas .................................................. 22

Tabela 7 – Resumo da corrente de óleo bruto na etapa de degomagem ....................... 54

Tabela 8 – Resumo da corrente de água na etapa de degomagem ................................ 54

Tabela 9 – Resumo da corrente de água e óleo bruto na etapa de degomagem ............ 55

Tabela 10 – Resumo da corrente de goma na etapa de centrifugação ............................ 60

Tabela 11 – Resumo da corrente de óleo degomado na etapa de centrifugação ............. 60

Tabela 12 – Resumo da corrente de ácido fosfórico na etapa de neutralização .............. 65

Tabela 13 – Resumo da corrente de hidróxido de sódio na etapa de neutralização ........ 65

Tabela 14 – Resumo da corrente de óleo neutro e sabões na etapa de neutralização ...... 66

Tabela 15 – Resumo da corrente de água, sabões e fosfatídeos na etapa de centrifuga-

ção ............................................................................................................ 71

Tabela 16 – Resumo da corrente de óleo neutro na etapa de centrifugação ................... 71

Tabela 17 – Resumo da corrente de água quente na etapa de lavagem .......................... 71

Tabela 18 – Resumo da corrente de óleo neutro e água na etapa de lavagem ................ 71

Tabela 19 – Resumo da corrente de água e sabões na etapa de centrifugação ................ 71

Tabela 20 – Resumo da corrente de óleo neutro na etapa de centrifugação ................... 72

Tabela 21 – Resumo da corrente de água na etapa de secagem ..................................... 77

Tabela 22 – Resumo da corrente de óleo neutro na etapa de secagem ........................... 77

Tabela 23 – Resumo da corrente de adsorvente na etapa de clarificação ....................... 77

Tabela 24 – Resumo da corrente de óleo clarificado e adsorvente na etapa de clarificação

................................................................................................................... 77

Tabela 25 – Resumo da corrente de adsorvente e óleo na etapa de clarificação ............. 77

Tabela 26 – Resumo da corrente de óleo clarificado na etapa de clarificação ................ 77

SIMBOLOGIA E NOMENCLATURA

Q – taxa de calor (kcal/h);

Vv – vazão volumétrica (m³/h);

∆푇 – diferença de temperatuira (K);

∆Tml – média logarítmica da diferença de temperatura (K);

mi – vazão mássica do componente ‘i’ (kg/h);

xi – fração do componente ‘i’ ;

xTi – fração mássica de triglicerídeo na corrente ‘i’;

xTCi – fração mássica de tocoferóis na corrente ‘i’;

xáguai – fração mássica de água na corrente ‘i’;

xFi – fração mássica de fosfatídeos na corrente ‘i’ ;

xAGi – fração mássica de ácidos graxos na corrente ‘i’;

xEi – fração mássica de esteróis na corrente ‘i’;

xPGi – fração mássica de pigmentos na corrente ‘i’;

xG_secai – fração mássica de goma seca na corrente ‘i’;

xóleo_secoi – fração mássica de óleo seco na corrente ‘i’;

xSai – fração mássica de sabão na corrente ‘i’;

xadi – fração mássica de adsorvente na corrente ‘i’;

nAGi – número de moles de ácido graxo na corrente ‘i’ (mol);

mi – vazão mássica da corrente ‘i’ (kg/h);

μ – viscosidade do fluido (kg/m.s);

- massa específica do fluido (kg/m³);

g – aceleração da gravidade (m/s²);

A – área de troca térmica (m²);

U – coeficiente global de troca térmica (W/m²K);

V – volume do tanque (m³);

t – tempo (h);

∆H – calor latente de condensação (J/kg);

T – temperatura (K);

Q – energia a ser recebida (kcal/h);

F– fator de correção;

ui – velocidade periférica do componente ‘i’ (m/s);

d – diâmetro do agitador (m);

n – velocidade angular (rpm);

Re – Número de Reynolds;

P – potência consumida (W);

Np – número de potência;

vr – velocidade recomendada (m/s);

Dt – diâmetro teórico da tubulação (m);

DN – diâmetro nominal da tubulação (m);

f – fator de atrito de Fanning;

∆P – perda de carga (Pa)’;

Cp – capacidade calorífica do componente ‘i’ (kcal/kgK);

TS – temperatura de equilíbrio de uma mistura (ºC);

Tf,e – temperatura de entrada do fluido frio (K);

Tq,e – temperatura de entrada do fluido quente (K);

Tf,s – temperatura de saída do fluido frio (K);

Tq,s – temperatura de saída do fluido quente (K);

:= – sinal de igualdade no software mathcad;

hr – unidade de tempo em horas no software mathcad.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 7

2. OBJETIVOS .................................................................................................................... 9

2.1 OBJETIVO GERAL ..................................................................................................... 9

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 9

3. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES ........................................................................... 10

4. REVISÃO DE LITERATURA ...................................................................................... 11

4.1 HISTÓRIA DA SOJA ................................................................................................. 11

4.2 FONTES DE ÓLEOS VEGETAIS.............................................................................. 14

4.3 ÓLEO DE SOJA ......................................................................................................... 15

4.4 COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DOS ÓLEOS ......................................................... 16

4.5 UTILIZAÇÃO DO ÓLEO REFINADO ...................................................................... 19

4.6 TIPOS DE REFINAMENTO ...................................................................................... 19

4.7 MÉTODOS DE REFINO DO ÓLEO DE SOJA .......................................................... 20

4.8 DEGOMAGEM .......................................................................................................... 24

4.9 NEUTRALIZAÇÃO ................................................................................................... 29

4.10 BRANQUEAMENTO ................................................................................................ 34

5. DIAGRAMA DE BLOCOS ........................................................................................... 38

6. DESCRIÇÃO DO PROCESSO ..................................................................................... 39

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................ 43

REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 44

APÊNDICES ...................................................................................................................... 47

APÊNDICE A – MEMORIAL DE CÁLCULO ................................................................. 48

A-1 CAPACIDADE PRODUTIVA .................................................................................... 49

A-2 BALANÇO DE MASSA.............................................................................................. 52

A-3 BALANÇO DE ENERGIA .......................................................................................... 78

A-4 DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS ..................................................... 109

A-5 DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES .......................................................... 142

APÊNDICE B – LISTA DE EQUIPAMENTOS ............................................................. 150

APÊNDICE C – LISTA DE INSTRUMENTOS ............................................................. 153

APÊNDICE D – LISTA DE UTILIDADES ..................................................................... 155

APÊNDICE E – FLUXOGRAMA DE PROCESSO, DIAGRAMA T+I E LAY-OUT ... 157

ANEXOS .......................................................................................................................... 164

1. INTRODUÇÃO

O interesse crescente da indústria refinadora de óleos e a demanda do mercado

internacional em meados dos anos 70 resultaram na expansão do uso de óleos vegetais no

Brasil. Continuamente, as indústrias de processamento de óleos vegetais estão se

apropriando de tecnologias de processamento que conferem ao óleo características

adequadas para o seu consumo.

Nos últimos anos, a elevação no consumo mundial de óleos vegetais é decorrente

de fatores relacionados à saúde, custos de produção, desenvolvimento industrial e a sua

versatilidade como matéria-prima. Considerado um dos componentes do sistema

produtivo da soja, o óleo de soja no mercado interno atua de forma expressiva em cerca

de 80% para o abastecimento nacional de óleos utilizados em alimentos. Os 20%

remanescentes são conduzidos para aplicações industriais que incluem detergentes,

cosméticos, lubrificantes, tintas, vernizes e plásticos.

A indústria esmagadora brasileira tem sua força estabelecida na cultura

proveniente da soja, pois cerca de 90% da produção de óleo vegetal no Brasil é oriundo

desta oleaginosa. De acordo com o USDA, o consumo anual de óleos vegetais no Brasil é

de 3,72 milhões de toneladas, sendo que disto o óleo de soja apresenta uma parcela

significativa de 3,2 milhões de toneladas em 2007 ou 86% do total consumido.

Ao ser extraído, o óleo vegetal bruto é constituído de 96% de triglicerídeos e

compostos minoritários, tais como fosfatídeos, ácidos graxos, esteróis, tocoferóis e

pigmentos. Deste modo, o refino de óleo bruto tem por desígnio de remover ou reduzir

compostos minoritários indesejáveis que o tornam inadequado para o consumo humano.

Neste trabalho projetou-se uma planta com o objetivo de produzir 87163,44 kg de

óleo de soja clarificado por dia utilizando como matéria prima o óleo de soja bruto

proveniente da unidade de extração.

9

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

O presente trabalho de conclusão do Curso da Engenharia Química da Universidade

Regional de Blumenau tem como objetivo principal o projeto básico de uma unidade de

produção de óleo de soja clarificado, através do óleo de soja bruto provindo da unidade de

extração.

2.2 Objetivos Específicos

Os objetivos de caráter específico para elaboração deste presente projeto são citados os

seguintes:

a) Elaborar a fundamentação teórica sobre o projeto;

b) Definição do Diagrama de Blocos, ferramenta que tem como objetivo ilustrar as

principais etapas de processo envolvido;

c) Definição do fluxograma de processo;

d) Realização dos balanços de massa e de energia do processo;

e) Dimensionamento dos equipamentos da planta, bem como as tubulações envolvidas;

f) Layout da planta, lista de instrumentos, equipamentos e utilidades.

10

3. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES

O cronograma das atividades deste Trabalho de Conclusão de Curso é apresentado na

Tabela 1.

TABELA 1 – Cronograma de execução das atividades.

Atividade 2011 2012 Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul 1 Escolha do orientador X ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ 2 Escolha do tema X ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ 3 Revisão de literatura ─ X X X X X X X X X X ─ 4 Pré-projeto 4.1 Diagrama de blocos ─ ─ X ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ 4.2 Definição da capacidade

─ ─ X ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─

5 Projeto básico 5.1 Fluxograma ─ ─ ─ ─ ─ ─ X X X X ─ ─ 5.2 Balanço de massa ─ ─ X X X ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ 5.3 Balanço de energia ─ ─ ─ ─ ─ ─ X X X X ─ ─ 5.4 Elaboração do T+ I ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ X X ─ 5.5 Elaboração do layout ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ X X ─ 6 Entrega do projeto básico

─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ X X X ─

11

4. REVISÃO DE LITERATURA

Neste capítulo é apresentada uma breve revisão bibliográfica, precedente da análise de

literatura já publicada, a respeito do processo de clarificação do óleo de soja bruto. Com isto

se pretende dar sustentação ao desenvolvimento deste trabalho.

Inicialmente são abordadas as características e a composição do óleo de soja e dos

ácidos graxos. Em conseguinte, ressaltam-se os distintos refinos existentes, tais como: refino

fisco e cáustico, suas respectivas etapas e condições operacionais adequadas, que assegurem

os requisitos de qualidade ao óleo vegetal. Deve-se enfatizar que, as indústrias de refino do

óleo, ao integrarem as etapas a um conjunto de recursos operacionais, envolvendo separações

físicas ou químicas e reações, convertem o óleo bruto em um óleo isento de características

indesejáveis, em termos de paladar, estabilidade, aspecto e odor, a fim de agregar valores ao

produto final.

4.1 HISTÓRIA DA SOJA

A soja selvagem, espécie ancestral da soja que conhecemos atualmente, tem a sua

origem no leste da China (até a antiga Manchúria), no entanto não se consegue estabelecer a

época da sua domesticação, sendo que as primeiras referências de cultura datam por volta de

2800 a 2400 A.C. (PROBST, 1973).

O estudo da evolução da leguminosa, mediante ao cruzamento natural entre duas

distintas espécies de soja selvagem, iniciou-se por meio de alguns cientistas com o intuito de

obter uma soja domesticada e melhorada.

O cultivo da soja se disseminou da China para o Japão e Coréia, e no final do século

XVII na Europa. Nos Estados Unidos da América, em 1804 foram feitos alguns estudos para

12

literatura científica. A soja teve uma grande aceitação em virtude da sua alta produtividade e

habilidade para crescer em diversos climas e solos.

No Brasil, foi apresentada por intervenção dos imigrantes japoneses. Os primeiros

testes e avaliações introduzidas no país referente ao cultivo da soja ocorreram por intermédio

de Gustavo Dutra, professor da Escola de Agronomia da Bahia, dando continuidade em 1891

aos estudos no Instituto Agronômico de Campinas - SP.

No entanto, em 1914 em Santa Rosa no Rio Grande do Sul foi inserido o cultivo da

soja e somente em 1949 que houve de fato a implantação de uma processadora de soja no

país, com uma capacidade produtiva de 25.000 toneladas. Todavia, a ampliação do mercado

produtivo da soja adveio nos anos 70, a fim de suprir a demanda do mercado internacional e

da indústria de óleos (PROBST, 1973).

Gráfico 1 – Evolução da produção de soja no Brasil. Fonte: Souza, 2012.

De acordo com o gráfico 1, de 1970 até meados da década de 2000 a cultura cresceu a

taxas de 57,3 % ao ano, chegando a ocupar 21,5 milhões de hectares em área plantada em

2005.

O surgimento do óleo ocorreu por intermédio do processamento do farelo de soja, que

em virtude de algumas características peculiares como qualidade nutricional, ampla

13

aplicabilidade em diversos produtos, assim como a abundância de matéria-prima,

caracterizou-se a sua inserção no mercado das oleaginosas, tornando-se líder mundial em

relação às distintas fontes de óleos vegetais existentes.

A produção mundial de soja, cujo volume participa do mercado internacional na

formação da oferta e demanda pelo produto está restrita principalmente a três países: EUA,

seguido do Brasil, Argentina e China. Esses países participam com 90 a 95% da produção

mundial.

O óleo de soja responde por 29,14% do total de óleos produzidos no mundo em 2007.

De acordo com os estudos realizados em 2007, a produção de óleos vegetais aumentou 400%

em consideração ao período de 1974/75 e 2006/07, de 25,7 milhões de toneladas para 123,1

milhões de toneladas (NUNES, 2012).

Gráfico 2 – Evolução do Consumo Mundial de Óleos Vegetais. Fonte: Nunes, 2012. Elaboração: Deser.

De acordo com o Mapa e a Embrapa, a tendência mundial entre o consumo e

produção de óleo de soja prevista para os próximos anos é de aproximadamente 78%. Sendo

que a maior parcela é destinada para o consumo humano, em torno de 20% da produção

deverá ser destinada à exportação (NUNES, 2012).

05000

10000150002000025000300003500040000

1974/75 1984/85 1994/95 2000/01 2004/05 2005/06 2006/07

mil

tone

lada

s

Consumo Mundial: Óleo de Soja

14

No Brasil o consumo anual de óleos vegetais é de 3,72 milhões de toneladas. Sendo

que disto, o óleo de soja apresenta uma parcela significativa de 3,2 milhões de toneladas em

2006/07 ou 86% do total consumido (NUNES, 2012). A Tabela 2 representa a evolução do

consumo de óleos vegetais no Brasil num período de sete anos.

TABELA 2 – Evolução do consumo de óleos vegetais no Brasil (mil toneladas).

Óleo 2000/2001

2001/ 2002

2002/2003

2003/2004

2004/2005

2005/2006

2006/2007

Soja 2.952 2.949 2.920 2.954 3.050 3.053 3.196 Algodão 129 147 168 242 242 201 255 Palma 100 110 133 117 105 155 120

Palmiste 50 51 46 47 60 70 75 Girassol 69 28 49 37 34 38 39

Oliva 24 22 21 24 27 26 30 Amendoim 17 14 9 8 7 6 7

Total 3.341 3.321 3.346 3.429 3.525 3.549 3.722 Fonte: Nunes, 2012. Elaboração: Deser.

4.2 FONTES DE ÓLEOS VEGETAIS

Os óleos vegetais são oriundos, preponderantemente de sementes das inúmeras

espécies vegetais. A diversidade de espécies vegetais no Brasil intensifica o processo

extrativista e de refinação dos óleos vegetais.

Dentre as espécies existentes incumbidas no processo de extração, são instituídas

como: as nativas (buriti, babaçu, mamona), as de ciclo curto de cultivo (soja, amendoim, entre

outras) e as de ciclo longo de cultivo (dendê).

15

Gráfico 3 – Parcela de Participação do Consumo de Óleos Vegetais no Brasil.

Fonte: Nunes, 2012. Elaboração: Deser.

Nessa conjuntura, embasando-se em Moretto e Fett (1998), sintetizam-se algumas das

principais fontes de óleos vegetais. Segundo o autor, elucida sobre o óleo de soja obtido dos

grãos da espécie Glycine Max e o destaca além de um óleo comestível como um óleo

recomendado para aquisição de subprodutos como margarinas, maioneses, entre outros.

Da mesma forma do óleo de soja, procedido de um grão cita-se a semente do algodão

(Gossypium hirsutum), tem como subproduto o óleo que representa cerca de 15 – 24% de óleo

e em decorrência principalmente do composto como gossipol que ao ser submetido ao

processo de refino são praticamente extinguidos.

4.3 ÓLEO DE SOJA

O óleo de soja é obtido dos grãos da espécie Glycine Max via processo meramente

extrativo, esta semente apresenta aproximadamente 20% em óleo, é pertencente à família das

Leguminosas.

De acordo com Pryde (1980) existem inúmeras vantagens e algumas desvantagens do

óleo extraído da soja em comparação com outras fontes oleaginosas vegetais. Segundo o

autor, como vantagem menciona-se que o óleo continua líquido em uma ampla faixa de

16

temperatura, pode ser transformado com facilidade através da remoção de fosfatídeos e traços

de metais e assim uma melhora significativa na sua estabilidade, apresenta um nível elevado

de insaturação, os tocoferóis (antioxidantes naturais) estão inseridos no óleo e é apenas

parcialmente removido ao longo do processamento.

Em contrapartida, cita-se como desvantagem, primeiramente que o óleo apresenta 7-

8% de ácido linolênico, composto causador de reversão do odor e sabor, porém para que aja

uma diminuição (cerca de 3%) deste composto far-se-á hidrogenação parcial e seletiva

melhorando assim o resultante obtido e os fosfatídeos que estão presentes, estes têm uma

parcela significativa representada em cerca de 2% que deve ser removida junto com o seu

processamento (PRYDE, 1980).

4.4 COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DOS ÓLEOS

Os óleos são substâncias insolúveis em água (hidrofóbicas), de origem animal, vegetal

ou mesmo microbiana, são constituídos a partir da condensação entre triésteres de ácidos

graxos e glicerol, chamados de triacilglicerídeos (GERMANO, 2007). Os triacilglicerídeos

são os principais combustíveis da maioria dos organismos, considerado uma das principais

formas de armazenamento de energia química.

As gorduras e os óleos são ésteres precedentes de ácidos graxos e glicerol, sendo

geralmente denominados de glicerídeos, triglicerídeos e triacilglicerídeos. De acordo com

Germano (2007) ‘’[...] os triacilglicerídeos presentes nos óleos representam cerca de 95 %.”

Além destes, incluem outros componentes em proporções menores como: monoacilgliceróis e

diacilgliceróis (agentes emulsificantes), ácidos graxos livres, tocoferóis (importante

antioxidante), esteróis, fosfatídios (agentes emulsificantes), alcoóis graxos, carotenóides,

clorofilas e vitaminas.

17

TABELA 3 – Composição do óleo de soja bruto e refinado. Componentes Óleo bruto Óleo refinado Triglicerídeos (%) 95/97 mín. 99 Fosfatídeos (%) 1,5/2,5 0,003/0,045 Esteróis (%) 0,33 0,13 Tocoferóis (%) 0,15/0,21 0,11/0,18 Ácidos graxos (%) 0,3/1 mín. 0,05 Ferro (mg/kg) 1/5 0,1/1 Cobre (mg/kg) 0,1/0,5 0,02/0,06 l. Peróxido (meq/kg) - max. 1 1. Anisidina - 2/4 E232nm (dienos conj) - 1,5/3 E270nm (trienos conj) - 0,2/0,5 Sabões (mg/kg) - zero Clorofila (mg/kg) 1500 50 Rancimat 100Cͦ (hs) - 10

Fonte: Oetterer, 2006.

Com embasamento na reação de constituição de um triglicerídeo, assim como foi

exposto por Germano (2007) no derradeiro do primeiro parágrafo de definição de óleos,

estruturalmente um triglicerídeo é a reação entre uma molécula de glicerol com três moléculas

de ácidos graxos, considerando assim uma reação química balanceada, onde a proporção de

cada substância que rege produz três moléculas de água e uma molécula de triacilglicerol

(Figura 1).

Desta reação ressalvam-se os ácidos graxos como os que representam o maior peso

molecular dos triacilglicerídeos, sendo, portanto os que proporcionam a maioria de suas

propriedades físico-químicas. Assim sendo, a qualidade do óleo está associada às reações dos

ácidos graxos durante o seu processamento global, desde obtenção, extração e refino.

18

Figura 1 – Reação de formação de um triglicerídeo ou triacilglicerol.

O critério utilizado para nomear um triacilglicerídeo ou triglicerídeo em óleo ou

gordura pode ser feito conforme a sua consistência à temperatura ambiente, permanecendo no

estado líquido é citado como óleo, do contrário como gordura.

Essa diferenciação é característica a cada tipo de saturação presente no ácido graxo,

sendo assim, cadeias saturadas de ácidos graxos oferecem certa facilidade de empacotamento,

apresentando pontos de fusão relativamente altos. No entanto, cadeias insaturadas de ácidos

graxos não podem se empacotar firmemente, assim apresenta pontos de fusão relativamente

baixos.

Em compêndio, de acordo com Gunstone e Norris (1983), o ponto de fusão de uma

gordura em geral esta relacionado com a proporção de ácidos saturados e insaturados que ela

contém e com o número de átomos de carbono presentes na cadeia dos ácidos graxos. A

Tabela 4 relaciona as características de identidade e composição em ácidos graxos no óleo de

soja.

TABELA 4 – Características de Identidade do Óleo de Soja. Determinações Índices Ácidos

graxos Símbolos Percentual

Densidade à 25ºC 0,914 a 0,922 mirístico palmítico

C 14:0 C 16:0

traços 9 a 14,5

Índice de refração a 25ºC 1.4700 a 1.4760 esteárico araquídico

C 18:0 C 20:0

2,5 a 5 Traços

Índice de Iodo 120 a 143 behênico lignocério

C 22:0 C 24:0

traços traços

19

TABELA 4 – Características de Identidade do Óleo de Soja. Determinações Índices Ácidos

graxos Símbolos Percentual

Índice de Saponificação 189 a 198 palmitolécooléico

C 16:1 C 18:1

traços 18 a 34

linoléico linolênico

C 18:2 C 18:3

45,5 a 60 3,5 a 8

Fonte: Portaria Nº 795 do Ministério da Agricultura, do Abastecimento e da Reforma Agrária, de 15 de dezembro de 1993.

4.5 UTILIZAÇÃO DO ÓLEO REFINADO

O uso da soja está segmentado em produtos sólidos (farinha e granulado), produto

integral (soja torrada, derivados de soja) e, todavia em produtos oleaginosos (óleo refinado,

lecitina, esteróis, ácidos graxos, glicerol, entre outros), relacionados na figura 2.

Figura 2 – Produtos oleaginosos e seus usos técnicos e comestíveis. Fonte: Oetterer, 2006

4.6 TIPOS DE REFINAMENTO

Antes de entrar ao processo de refinação do óleo bruto, far-se-á uma breve descrição

das formas de refino existentes, de modo a enfatizar as vantagens e desvantagens inseridas a

tais.

20

O refino do óleo pode ser tanto físico, em que os ácidos graxos livres são removidos

por evaporação, como químico removido através das etapas de neutralização ou refino

alcalino, mas de acordo com Oetterer (2006) embora o refino físico em relação ao processo

convencional, proporcione vantagens tais como: possibilidade de readquirir os ácidos graxos

livres do óleo refinado, aumento da rentabilidade de óleo refinado e sem a formação de borra.

Em detrimento não é um processo ajustável a qualquer tipo de óleo, possui um alto

custo para ser instalado, o óleo refinado tem menos valor agregado em virtude primeiramente

ao alto teor de ácidos graxos que dilui a sua concentração e a sua qualidade oxidativa e na

fase de desodorização é necessário manter o dobro do tempo a temperatura máxima que no

refino químico.

4.7 MÉTODOS DE REFINO DO ÓLEO DE SOJA

Refino é um termo genérico para etapas de purificação do óleo vegetal bruto, definido

como um conjunto de operações que envolvem reações e separações físicas de transformação

do óleo vegetal cru em óleo comestível, através da remoção parcial ou total de substâncias

acompanhantes indesejáveis que possam afetar as propriedades organolépticas e a estabilidade

do óleo, com uma perda mínima dos componentes desejáveis para a alimentação humana.

De acordo com Oetterer (2006), alguns fatores como as perdas de óleo neutro, o

contato com o oxigênio e a contaminação com metais pesados devem ser mínimos; as

exposições do óleo a temperaturas altas devem ser por tempos curtos e a vácuo, com o

pressuposto de produzir um óleo de qualidade e estável oxidativamente.

Componentes como ácidos graxos livres, pigmentos, clorofilas e traços de metais são

alguns dos componentes indesejáveis nos óleos vegetais. No entanto, nem todas as impurezas

são indesejáveis como os carotenóides e tocoferóis, estes são componentes nutricionalmente

valiosos e elevam a estabilidade oxidativa do óleo. As substâncias indesejáveis podem

21

interferir na estabilização do produto final, dado que promovem um rápido escurecimento do

óleo, e assim levar à formação de precipitados, turvação e aparecimento de sabores

desagradáveis (COSTA, 2008).

Este processo implica em um aproveitamento máximo dos triglicerídeos e a formação

de subprodutos de alto valor comercial, como a lecitina. De maneira geral, envolve as etapas

de degomagem, neutralização, branqueamento e desodorização. A eliminação dos ácidos

graxos livre (AGL) ocorre na fase de neutralização, no qual há perdas resultantes de óleo

neutro pela “borra” e pela saponificação do óleo neutro (MORETTO e FETT, 1998).

O conteúdo de AGL é um bom indicador da qualidade tanto para o óleo bruto, pois

óleos brutos que apresentam teores de AGL mais elevados são decorrentes da hidrólise

enzimática ou más condições durante transporte e/ou armazenamento dos grãos, como

também para o óleo refinado.

O fator de refino (RF) é utilizado para avaliar a eficiência das etapas de refino, sendo

este dependente do rendimento do produto e da qualidade da entrada, obtido conforme a

expressão, abaixo:

푅퐹 =PERDA DE ÓLEO (%)

AGL (%)

Em geral, este fator permanece inferior a dois, mas depende da acidez e do conteúdo

de impurezas inseridas no óleo bruto (MORETTO e FETT, 1998).

Existem dois métodos de refino ou uma conjugação entre esses dois tipos de refinação,

em que o óleo de soja pode estar sujeito:

(i) Refinação Física

(ii) Refinação Química (Cáustica)

22

A diferença entre esses dois métodos está relacionada ao tipo de produtos químicos

utilizados e no modo de eliminação dos AGL. A finalidade pretendida em ambos os métodos

é de obter produtos comercialmente rentáveis e que obedeçam às leis impostas nos países

onde serão comercializados.

TABELA 5 – Etapas do Refino Físico e Químico.

REFINO FÍSICO REFINO QUÍMICO OU ALCALINO

Estocagem de óleo bruto Estocagem de óleo bruto Condicionamento das gomas Condicionamento das gomas Neutralização Lavagem com água Secagem Branqueamento Branqueamento Filtração Filtração Estocagem de óleo pré-tratado Estocagem de óleo neutro e branqueado

Fonte: OETTERER, 2006.

A Tabela 6 apresenta as distintas etapas de refino relacionado às substâncias

indesejáveis removidas em cada uma respectivamente.

TABELA 6 – Etapas de refino e substâncias removidas.

Fonte: OETTERER, 2006.

Estocagem Compostos insolúveis em óleo Degomagem Fosfolipídeos, açúcares, resinas, fragmentos de proteínas,

insolúveis em óleo e solúveis em água. Neutralização Ácidos graxos, pigmentos, fosfolipídeos, compostos de

enxofre, insolúveis em óleo e solúveis em água. Lavagem Sabão Secagem Água Clarificação Pigmentos, produtos de oxidação, metais pesados, sabões

residuais. Filtração Terras clarificadas usadas. Desodorização Ácidos graxos, mono e diglicerídeos, hidrocarbonetos,

compostos de enxofre.

23

4.7.1 Refinação Física

Refino físico é a remoção dos AGL por destilação a vácuo com injeção direta de vapor

d’água, assim permitem abaixar a temperatura de detilação dos ácidos graxos. Os óleos devem

ser previamente degomados e branqueados, para posterior desodorização.

O método do refino físico é baseado na diferença considerável entre os pontos de

ebulição dos AGL e dos triglicerídeos à pressão de operação, facilitando a retirada dos ácidos

graxos livres com uma insignificante perda de óleo. (REZENDE, 2009)

As condições necessárias neste processo são altas temperaturas em torno de 200 à

250ºC e baixas pressões entre 5 à 10 mmHg, estas afetam de maneira significativa a qualidade

do produto final. Contudo, não é aconselhável que óleos com elevado teor de fosfatídeos

sejam refinados por este método, pois a decomposição térmica dos fosfatídeos origina um

material de cor escura de difícil eliminação, interferindo na aparência e no sabor do produto

final. Compostos como carotenóides e tocoferóis, são eliminados pelo refino físico.

(REZENDE, 2009)

Outros óleos como o de algodão, não devem ser submetidos ao método físico, pois

para que ocorra a eliminação de uma de suas substâncias presentes – o pigmento gossipol,

este necessita de um tratamento alcalino. O óleo de soja, embora possa ser submetido ao

método de refinação física, é preferível o uso do refino químico devido à sua baixa

composição em gordura, cerca de 20% (COSTA, 2008).

De acordo com Moretto e Fett (1998), as vantagens do refino físico em relação ao

método convencional, refino químico são:

- Melhor rendimento;

- Melhor qualidade de ácidos graxos (pureza e cor);

- Não geração de borras de refino;

24

- Geração de um menor volume de efluentes;

- Investimento inicial mais baixo em equipamentos.

4.7.2 Refinação Química

O refino químico consiste na convencional adição de hidróxido de sódio na fase de

neutralização, que ao se combinar com os AGL ocasiona a conversão destes em sabões, que

são removidos posteriormente por meio de centrifugação ou decantação.

A perda de óleo neutro, sobretudo no que concerne aos óleos com alto teor de AGL

devido à saponificação e ao arraste mecânico do mesmo na emulsão é uma das desvantagens

deparadas no refino convencional, portanto para esses óleos não é economicamente viável

este tipo de refino, no entanto é aplicável a óleos com um moderado teor de AGL

(REZENDE, 2009).

4.8 DEGOMAGEM

A degomagem é o processo de remoção de fosfatídeos do óleo bruto. Os fosfatídeos

são também denominados de gomas ou lecitinas. Considerada a primeira etapa do processo,

pois deve ser realizada imediatamente após a extração.

De acordo com Moretto e Fett (1998), as razões que caracterizam a realização da etapa

de degomagem do óleo bruto são:

- Produção de lecitina;

- Produção de óleo degomado para longo tempo de transporte ou armazenagem;

- Eliminação de fosfatídeos e substâncias não desejadas de forma eficiente para o

refino;

- Facilitar na etapa subseqüente de neutralização.

25

Existem dois tipos de fosfatídeos segundo a sua natureza:

(i) Hidratáveis (HP): representam 90% dos fosfatídeos.

(ii) Não-hidratáveis (NPH): causam problemas de coloração marrom irreversível.

No caso da presença de NPH, utiliza-se a degomagem ácida, que consiste de um pré-

tratamento ácido a fim de tornar os fofatídeos não-hidratáveis em hidratáveis.

4.8.1 Degomagem com Água

Na degomagem com água somente os fosfatídeos hidratáveis (PH) são removidos,

considerada a forma mais simples de redução de fosfatídeos presentes no óleo. Este processo

é considerado adequado ao óleo que sofrer uma refinação química, pois nesse caso existe a

alternativa dos fosfatídeos não hidratáveis, serem removidos com a borra durante a

neutralização dos AGL em presença do hidróxido de sódio. O uso desse processo deve ser

empregado somente se a lecitina for recuperada, caso do óleo de soja.

A Figura 3 representa uma instalação convencional para a etapa de degomagem com

água, onde os fosfatídeos são hidratados, separados por centrifugação e secos por um secador

à vácuo.

Figura 3 – Instalação de degomagem com água. Fonte: Kirschbaum; Weldkamp, 2011.

26

Dentre as condições ótimas de processo, nesse caso deve ser atingida uma temperatura

ótima de degomagem e separação. Uma baixa temperatura determinará uma melhor

degomagem, todavia, maiores perdas de óleo nas gomas. A uma alta temperatura as perdas

serão diminuídas, entretanto mais gomas permanecerão em solução e não serão separadas no

processo. A temperatura ótima de processo geralmente considerada está na faixa de 70 a 80ºC

(MORETTO e FETT, 1998).

Uma proporção de 1 a 3% de água é adicionada ao óleo aquecido de 60-70ºC, que

devem ser intensamente misturados num tanque sob agitação de 20-30 minutos, para que

ocorra a hidratação espontânea dos fosfatídeos como resultado da fina dispersão da água no

óleo. Com o pressuposto de que os fosfatídeos se hidratem e se tornem insolúveis no óleo,

formando um precipitado, devem ser separados do óleo, por meio de uma centrífuga de disco

a 5000-6000 rpm (LOPES, 2008).

O óleo que seguirá para as próximas etapas de processamento sairá desta operação

com umidade baixa de 0,2%. Em seguida passará por um processo de secagem em até 0,07%,

caso seja armazenado ou transportado, sem necessidade se continuar as etapas de refinamento

(OETTERER, 2006). Não é possível definir o conteúdo absoluto do residual de gomas no

óleo degomado, pois isto depende da qualidade do óleo bruto.

Em contrapartida as gomas hidratadas, caracterizadas como pasta muito viscosa são

bombeadas para um tanque onde devem ser posteriormente secas e vendidas como lecitina,

pois serão mais puras e, conseqüentemente mais valiosas.

4.8.2 Degomagem Ácida

Com o intuito de remover as gomas não hidratáveis presentes no óleo de soja, é

imprescindível que estas sejam condicionadas para uma forma hidratável, caso que não ocorre

em instalações de degomagem com água. Neste caso utiliza-se a degomagem ácida, que

consiste de um pré-tratamento ácido a fim de tornar os fosfatídeos não hidratáveis em

27

hidratáveis. Dentre os diferentes tipos de processos de degomagem ácida existentes, ressalta-

se a degomagem ácida simples e a degomagem ácida especial.

Dentre os diversos ácidos empregados, o ácido fosfórico demonstra ser a melhor

alternativa, pois contém menor quantidade de cloretos e, portanto é menos corrosivo. Todavia

os ácidos clorídricos e sulfúricos são comparativamente mais agressivos e promovem reações

secundárias indesejáveis no óleo (KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011).

4.8.2.1 Degomagem Ácida Simples

A degomagem ácida simples é apenas utilizada em óleos que apresentam teor de

fosfatídeos relativamente baixo, característico em óleo de palma, óleo de coco, palmiste e

oliva.

A Figura 4 representa uma instalação convencional para a etapa de degomagem com

ácido, onde neste caso o óleo é degomado com ácido fosfórico e lavado com água quente.

Nesta etapa a goma é separada do óleo por centrifugação e o óleo seco é enviado para etapa

posterior de clarificação.

Figura 4 – Instalação de degomagem ácida simples. Fonte: Kirschbaum; Weldkamp, 2011.

28

O óleo bruto é primeiramente aquecido a 80 – 90ºC com vapor saturado, após isso é

adicionado 0,1 a 0,3% em volume de ácido fosfórico concentrado, freqüentemente a 75%. Em

um misturador centrífugo permanece por um tempo de reação de cerca de 5 minutos. No final

é adicionada ao óleo 2 a 5 % de água quente que é encaminhado para um segundo misturador

centrífugo.

É preferível quando se trabalha com óleo bruto a utilização de centrífugas auto

limpantes quando se deseja separar as gomas, devido aos sólidos do óleo bruto e os produtos

precipitados pelo ácido, como por exemplo, proteínas que poderiam bloquear os tambores dos

separadores de parede fixa (KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011).

4.8.2.2 Degomagem Ácida Especial

Na degomagem ácida especial, denominada também de degomagem intensiva ou

refino ácido é empregada para óleos que apresentam altos teores de fosfatídeos, como óleo de

soja, de colsa, girassol ou milho.

Figura 5 – Instalação de Degomagem Especial. Fonte: Kirschbaum; Weldkamp, 2011.

De acordo com a Figura 5, numa instalação de degomagem especial o óleo bruto é

inicialmente aquecido até a temperatura de 70ºC. Em seguida é adicionado ácido fosfórico

com uma concentração de 85%, na base de 0,1 a 0,4% em massa em relação ao óleo. É

recomendado um misturador de linha localizado antes do tanque simples, pois irá usar a

29

energia da corrente de fluxo para criar uma mistura entre dois líquidos diferentes e assim

promover uma melhor homogeneização. Para intensificar a reação entre o ácido e os

fosfatídeos, segue-se um tempo de reação de 3 a 5 minutos em um tanque simples

(KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011).

Para que ocorra a neutralização do ácido fosfórico presente no óleo, uma pequena

quantidade de hidróxido de sódio é adicionada em um tanque de retenção equipado com

agitadores, no qual se processa por cerca de 20 minutos. Desta forma ocorre a hidratação dos

componentes NPH, para que posteriormente sejam precipitados pela adição de água e assim

separados em centrífugas. O óleo neutralizado antes de ser estocado deve ser submetido a uma

secagem a vácuo por apresentar certa umidade em torno de 0,3 a 0,5%. Este procedimento de

secagem nem sempre é necessário para o óleo que imediatamente for branqueado.

A eficiência e o funcionamento da planta de refino estão relacionados ao grau de

neutralização do ácido dosado, sendo assim, se o grau de neutralização é muito baixo, implica

que a viscosidade das gomas é tão alta que resultará num problema de descarga contínua dos

separadores centrífugos. Em contrapartida, se o grau de neutralização for muito alto, uma

parte dos ácidos graxos é neutralizada (KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011).

4.9 NEUTRALIZAÇÃO

A neutralização alcalina do óleo vegetal consiste em fazer reagir os ácidos graxos

livres, responsáveis pela acidez do óleo, com um álcali geralmente soda cáustica. Estes ácidos

graxos são convertidos em sabões e em seguida removidos do óleo neutro, que por possuir

alto conteúdo de sabões se faz necessário a realização de uma ou duas lavagens, conforme o

teor requerido.

30

Neste processo obtém-se também a retirada dos fosfatídeos não hidratáveis, por meio

da adição do ácido fosfórico, para que posteriormente sejam removidos juntamente com os

sabões. Os métodos de neutralização empregados são: neutralização descontínua ou contínua.

Dentre os álcalis existentes, a soda cáustica diluída é a mais utilizada no processo de

neutralização, sendo insolúvel em óleo o processo se desenvolve entre as duas fases, a oleosa

e a aquosa. Assim sendo, a reação de neutralização é descrita segundo a reação a seguir:

RCOOH + NaOH RCOONa + H2O

A solução de soda cáustica é medida em termos de densidade e expressa em graus

Baumé (Bé). Esta escala foi criada em 1768, para medição de densidade de líquidos pelo

farmacêutico francês Antoine Baumé, sendo normalmente utilizada numa concentração de 10

a 24º Bé para soda cáustica.

Soluções que apresentam densidade maior que a da água, essa escala é calculada

conforme a equação 1:

°Bé = 145− (Eq. 1)

Onde:

ºBé = Graus Baumé

d = densidade definida pela relação entre a massa de uma substância e a massa de volume de água a 4ºC, expressa em g/cm³.

Na prática as condições de neutralização devem ser escolhidas de tal forma que, a

solução de soda cáustica seja suficientemente concentrada e a temperatura bastante elevada

para não causar formação de emulsões e arraste de óleo neutro durante o processo, mas que ao

mesmo tempo, a soda cáustica não ataque demasiadamente o óleo neutro por saponificação.

31

Os fatores que influenciam na neutralização são:

- Pureza do óleo; - Temperatura de operação; - Concentração e excesso da solução alcalina; - Tempo de reação; - Qualidade da água de processo.

4.9.1 Neutralização Descontínua

A neutralização acontece por meio da adição da solução de hidróxido de sódio

(NaOH) com o óleo em um tanque sob agitação mecânica para que assim promova o

contato entre as fases óleo-soluçao.

Essa reação se processa em torno de 75 - 80 ºC mediante uma camisa de aquecimento.

No final da reação suspende-se a agitação e diminui a temperatura até 50 ºC, permanecendo

no tanque por 2 horas, tempo necessário para a decantação de sabões. Assim, podem ser

removidos por meio de uma válvula no fundo do equipamento. Posteriormente, ocorre a

lavagem do óleo duas vezes com porções de água de 10-20% do volume total, entrando no

tanque a 80ºC e removido por decantação o óleo neutralizado (KIRSCHBAUM;

WELDKAMP, 2011).

4.9.2 Neutralização Contínua

Neste tipo de neutralização a mistura que ocorre entre o óleo e a solução de hidróxido

de sódio se realiza de forma contínua permitindo uma mistura mais eficiente, sendo cerca de

15-20 vezes mais rápido quando comparada a neutralização descontínua, ou seja, há uma

significativa diminuição do tempo de reação .

Deste modo, consegue-se também reduzir as perdas de óleo neutro provocadas durante

a saponificação do mesmo, mediante a redução do tempo de contato entre o óleo e a solução

alcalina (LOPES, 2008).

32

Em uma planta industrial, o óleo tende a percorrer as seguintes etapas de processo:

I. Condicionamento e neutralização

II. Primeira lavagem e segunda lavagem

III. Secagem

I) Condicionamento e neutralização

Inicialmente o óleo é aquecido até a temperatura requerida ao processo que consiste

em um aquecimento do óleo de 65 – 95ºC por meio de um trocador de calor de placas, que

utiliza como fluido de aquecimento vapor saturado à 125ºC sob pressão absoluta de 2,32 bar

(KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011). Para que posteriormente ocorra o condicionamento

com ácido fosfórico e a sua neutralização com hidróxido de sódio diluído.

a) Condicionamento:

No condicionamento adiciona-se comumente certa quantidade de ácido fosfórico ao

óleo antes de se fazer a neutralização com soda cáustica, geralmente numa concentração de

85%, é utilizada em torno de 0,1 a 0,4%, em massa em relação ao óleo (LOPES, 2008)

Este ácido é pressurizado por meio de uma bomba positiva do tanque de armazenagem

ao ponto de dosagem, no qual a vazão do produto é controlada por meio de um medidor de

vazão indutivo e uma válvula controladora de agulha, tendo assim um sistema de dosagem

seguro e contínuo. Essa mistura em seguida é enviada a um tanque de agitação aonde

permanece por 3 a 6 minutos.

b) Neutralização:

Do tanque de mistura é adicionada ao óleo a soda cáustica necessária para a sua

neutralização que é dosada por meio de um sistema análogo ao de dosagem de ácido fosfórico

concentrado, sendo este podendo ser injetado na tubulação para ser misturado num tanque

com agitação.

33

A concentração da soda cáustica diluída apresenta geralmente uma concentração que

varia de 10 a 24 graus Bé. De acordo Lopes (2008), é importante considerar no refino do óleo

de soja o uso da soda cáustica de 16 - 18ºBaumé, pois com esta relativa força fraca, irá

conseguir conter água suficiente para a adequada hidratação dos fosfatídeos.

A separação da borra presente no óleo, constituída por uma mistura de sabões,

fosfatídeos hidratados e água, é realizada por meio da centrifugação. Nessa primeira fase a

centrífuga consegue remover parte dos sabões formados, ficando uma pequena quantidade de

sabão residual que apresenta uma concentração de aproximadamente 0.04% (COSTA, 2008).

Recomenda-se para plantas de grande capacidade a utilização de centrífugas auto

limpantes, pois as separadoras de limpeza manual somente podem operar continuamente entre

três e sete dias em média, antes da sua limpeza.

Portanto, é recomendável a utilização de centrífugas auto limpantes, que conseguem

operar várias semanas sem a realização de limpeza manual, podendo ser realizada um sistema

de limpeza C.I.P. (clean in place) no qual se limpam as separadoras sem sua abertura com

líquidos alcalinos e ácidos alternadamente em uma vez por semana. Essa centrífuga pode ser

também utilizada durante a separação da borra residual, após a etapa de lavagem do óleo

neutralizado.

II) Primeira lavagem ou Segunda Lagavem

O óleo após ser neutralizado é submetido a uma ou duas lavagens com 10 a 20% de

água aquecida de 80 – 90ºC, tendo o intuito de evitar possíveis emulsões a temperatura da

água é superior a do óleo (Lopes, 2008). A água de lavagem é automaticamente dosada por

meio de medidores de vazão eletrônicos e válvulas de controle em função da vazão de óleo.

Com a finalidade de garantir que não aconteça a formação de sabões impossíveis de

serem removidos durante a etapa de lavagem do óleo, por intermédio de íons de cálcio e de

34

magnésio que possam estar presentes na água de lavagem e na água da solução de hidróxido

de sódio é recomendado a utilização de água branda com uma dureza de no máximo 90 ppm

de carbonato de cálcio (KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011).

Nessa etapa, a água de lavagem abrandada é dosada na linha de óleo para em seguida

percorrer um misturador, que enviará a mistura óleo/água para uma centrifuga onde acontece

a separação da borra residual do óleo neutralizado.

III) Secagem

Após o óleo ser lavado, este é enviado a um secador a vácuo que apresenta um

distribuidor especial no secador com o objetivo de fazer com que o óleo flua em sentido

descendente em cascata, para que a evaporação da água seja acelerada. O óleo é coletado no

fundo do secador e enviado para o clarificador por meio de uma bomba.

4.10 BRANQUEAMENTO

O branqueamento é o tratamento realizado no óleo após ser neutralizado, com a

intenção de reduzir o teor das substâncias presentes que promovem a sua coloração,

característica decorrente aos chamados pigmentos, e em paralelo a redução dos produtos de

oxidação.

As melhorias obtidas no que diz respeito ao branqueamento, são descritas abaixo

conforme a sua ordem de importância. Nota-se que nesta etapa podem-se corrigir eventuais

falhas ocorridas nas etapas anteriores.

1. Decomposição dos peróxidos;

2. Remoção ou modificação dos produtos de oxidação;

3. Remoção de traços de fosfatídeos (gomas) e de sabões;

4. Redução do conteúdo de metais;

35

5. Remoção de pigmentos.

A operação de clarificação é um processo simples de descoloração de óleos

normalmente efetuada por meio do fenômeno de adsorção, onde as substâncias que produzem

cor ao óleo e as impurezas são adsorvidas sobre um adsorvente material por meio de

interações físico-químicas.

O agente descorante irá alterar a tonalidade do óleo colorido para uma matiz mais

clara, sem alterar as propriedade químicas do óleo. A adsorção é influenciada de acordo com

o tamanho da partícula que se deseja adsorver como também a área superficial e o tamanho

dos poros dos adsorventes.

Para que o adsorvente seja utilizado de forma eficiente, substâncias como goma e

sabão devem ser removidos na fase de degomagem e neutralização, caso contrário estas

partículas também irão competir por um espaço na superfície do adsorvente. Dentre os

adsorventes, os mais usados são terra diatomácea, carvão ativo ou sílica gel.

4.10.1 Clarificação por Adsorção

A adsorção é uma operação de transferência de massa do tipo sólido-fluido na qual,

substâncias presentes em soluções líquidas ou gasosas possuem a capacidade em se

concentrar na superfície de certos sólidos. Deste modo, quanto maior for à superfície externa

por unidade de peso de sólido, mais favorável é a adsorção (Gomide, 1988).

Normalmente, nas unidades de refino a etapa de clarificação consiste de um tanque

com agitação e filtros prensas para a separação do material adsorvente do óleo. O óleo nesse

processo é colocado em contato com a ação da terra clarificante ou carvão ativado, em que a

mistura de adsorvente empregada nesta fase apresenta uma concentração variável (0,5% a

2,0%) conforme a intensidade de cor de óleo, ficando em 1% normalmente. Os adsorventes

em geral conseguem reter de 20% a 70% de seu peso em óleo (Oetterer, 2006).

36

De acordo com Moretto e Fett (1998), para se obter um melhor rendimento na

clarificação é necessário que esta etapa seja realizada em temperaturas de até 105ºC, em

equipamentos fechados impedindo a oxidação dos ácidos graxos de baixo peso molecular,

caso contrário há o surgimento de substâncias de odores e sabores desagradáveis, além do

aumento da fixação da cor do óleo.

Nessa conjuntura, a clarificação é efetuada em temperatura de 90°C a 105°C, e sob um

vácuo de 30 mmHg, obtidos por uma bomba de vácuo ou por ejetores de vapor durante 30

minutos. Os benefícios desse processo são:

- diminuir o tempo de clarificação;

- uso de menor quantidade de terras adsorventes;

- redução maior da cor do óleo.

É recomendável para este processo a utilização de vácuo para temperaturas acima de

90ºC, com a intenção de se obter uma melhor aderência das gomas, pigmentos e materiais

saponificados residuais a terra.

Após a operação de clarificação, existe a necessidade de remover do óleo as terras

clarificantes para isto são recomendados filtros verticais com placas metálicas, ou os filtros

horizontais de quadros ou placas.

Durante a clarificação devem ser controladas algumas variáveis importantes como

temperatura, tempo de contato óleo/terra, dosagem de terra, vácuo e agitação. Estas variáveis

devem ser controladas a fim de impedir reações indesejáveis durante processo de clarificação,

tais como: oxidação, isomerização, polimerização e acidificação (formação de ácidos graxos

livres).

37

Estas reações podem minimizadas ou evitadas, dependendo das condições de

operação. A oxidação é impedida operando-se mediante vácuo, enquanto que a isomerização

e polimerização são minimizadas limitando-se a temperatura e o tempo de contato terra/óleo

no adsorvedor. A acidificação pode ser minimizada utilizando terras menos ácidas,

diminuindo a dosagem de terra, e a temperatura. A agitação não deve permitir que o sistema

fique aerado e assim contribua com a oxidação do óleo, todavia deve ser suficiente para

manter a terra em suspensão (KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011).

4.10.2 Filtração do Óleo Branqueado

Na filtração contínua de óleo vegetal branqueado, a filtração é executada por dois

filtros prensa verticais. Nesse caso, recomenda-se a instalação de ambos os filtros, pois um

dos filtros é mantido em operação enquanto que o outro é limpo ou permanece como reserva.

As fases que compõem o ciclo completo de filtração correspondem às seguintes

operações consecutivas:

a) Enchimento do tanque do filtro;

b) Recirculação para obter-se o óleo limpo;

c) Filtração;

d) Esvaziamento do tanque do filtro;

e) Sopragem do bolo filtrante;

f) Abertura da válvula borboleta de descarga;

g) Acionamento do vibrador para descarga do bolo;

h) Fechamento da válvula borboleta de descarga, ficando o filtro como reserva;

A determinação do tempo de filtração é influenciada pelo tipo de terra branqueante e

pela quantidade utilizada de adsorvente. A realização da troca do filtro deve ser feita toda vez

que a vazão de produtos for muito baixa, sendo imediatamente limpo e preparado para nova

operação.

38

Óleo Bruto

Degomagem

Centrifugação

Neutralização

Centrifugação

Lavagem

Centrifugação

Secagem

Clarificação

Filtração

Óleo Clarificado

5. DIAGRAMA DE BLOCOS

Para a produção de óleo clarificado a partir do óleo bruto, são necessárias as seguintes

etapas, ilustradas na Figura 6.

Figura 6 – Diagrama de blocos para o processo de produção de óleo de soja clarificado.

10

30

Água

Solução de NaOH

Goma

Solução de H3PO4

Borra

Água Quente

Borra Residual

Água

Resíduo

Adsorvente

20

40

60 70

130

90

100

110

150

170

190

50

80

120

140

160

180

200

39

6. DESCRIÇÃO DO PROCESSO

A unidade industrial para produção para produção contínua de óleo de soja clarificado

foi projetada para atender uma capacidade nominal de 30000 toneladas por ano. O óleo bruto

provindo da unidade de extração é acondicionado diariamente num tanque de armazenamento,

no decorrer das 21 horas trabalhadas, perfazendo um total de 3805 kg/h de óleo bruto a ser

processado.

A transformação do óleo bruto em clarificado inicia-se então, com a estocagem da

matéria-prima num tanque pulmão B100 com capacidade volumétrica de 130 m³. Em seguida

o óleo é bombeado, passando pelo trocador de calor de placas W100 que aquece o óleo bruto

de 25 até 80ºC. Este trocador de calor possui uma área de troca térmica de 0,32 m² e fornece

108,06 kW de calor, através de vapor saturado na temperatura de 125ºC.

Após ser aquecido, o óleo bruto é intensamente misturado com 76,1 kg/h de água à

25ºC num misturador estático, que apresenta um diâmetro de 0,03 m e comprimento de 0,19

m para hidratação espontânea dos fosfatídeos. A mistura encontra-se numa vazão mássica de

3881,10 kg/h e segue para o reator de degomagem R100 com capacidade volumétrica de 1,87

m³, aonde permanece por um tempo de residência de 20 minutos.

Os fosfatídeos hidratados são separados do óleo degomado pela centrífuga de discos

S100, cuja capacidade é de 5000L/h. O subproduto obtido nessa etapa do processo é

denominado de goma, sendo composta por 44,6 kg/h de fosfatídeos, 68,61kg/h de água e

24,01 kg/h de óleo degomado arrastado juntamente com a goma. De acordo com o balanço de

massa, o óleo degomado nessa etapa do processo encontra-se numa vazão mássica de 3743,88

kg/h.

40

Na etapa de neutralização do óleo degomado, o óleo passa pelo trocador de calor de

placas W200 que o aquece de 77,8 até 80ºC. O trocador de calor W200 possui uma área de

troca térmica de 0,02 m² e fornece 4,63 kW de calor, através de vapor saturado na temperatura

de 125ºC.

Após o óleo degomado ser aquecido, recebe uma dosagem de 11,23 kg/h de ácido

fosfórico 85% concentrado diretamente na linha de processo com a função de precipitar os

fosfatídeos remanescentes não hidratáveis.

Nesta fase antes mesmo do óleo ser aquecido no trocador de calor W200 existe uma

bomba centrífuga projetada de forma a levar a mistura de óleo aquecido a 80ºC e ácido

fosfórico até o reator de neutralização R200 aonde permanece por 6 minutos, a capacidade

volumétrica deste reator é de 0,5 m³.

Após completar o tempo de reação com uma vazão mássica de 3755,11 kg/h, a mistura

de óleo e ácido fosfórico segue da saída do primeiro reator de neutralização R200 para um

segundo reator R300. O reator de neutralização R300 possui uma capacidade volumétrica de

1,4 m³ e o tempo de reação é de 15 minutos.

Da mesma forma que acontece para o reator R200, o óleo antes mesmo de entrar no

reator de neutralização recebe a dosagem de uma solução a qual se deseja reagir. No entanto a

solução utilizada para formar a mistura de reação para o reator de R300 é hidróxido de sódio

diluído e apresenta uma vazão mássica de 55,01 kg/h. Ao reagir a solução alcalina (NaOH)

com os ácidos graxos livres presentes no óleo ocorre a formação de sabões que são

posteriormente removidos do óleo neutralizado.

O óleo neutralizado apresenta em sua composição uma mistura de 34 kg/h de sabões,

15,40 kg/h de água e 60,07 kg/h de fosfatídeos remanescentes, comumente essa mistura é

denominada de borra. A separação dessa borra presente no óleo acontece na centrífuga de

discos S200, após o óleo neutralizado ser aquecido de 78,4 até 80ºC no trocador de calor de

41

placas W300. Este trocador de calor possui uma área de troca térmica de 0,02 m² e fornece

3,43 kW de calor, através de vapor saturado na temperatura de 125ºC.

O óleo apresenta em sua composição uma borra residual formada por 1,42 kg/h de

sabões e 37,72 kg/h de água. Para a remoção dessa borra realiza-se a lavagem desse óleo

através da dosagem de 9,09 kg/h de água aquecida a 95ºC diretamente na linha de processo,

para em seguida passar pelo misturador estático V200. O misturador V200 apresenta um

diâmetro de 0,03 m e um comprimento de 0,19 m.

Na saída do misturador a bomba centrífuga P850 envia a mistura de óleo neutralizado,

sabão residual e água até a centrífuga de discos S300, onde o sabão residual que apresenta

uma concentração mínima de aproximadamente 3,8% é separado do óleo neutralizado.

Após a remoção da borra residual, uma vazão mássica de 3653,73 kg/h de óleo é

enviada para o secador a vácuo T100 com a finalidade de remover 16,80 kg/h de água, pois a

umidade do óleo tem a capacidade de provocar reações de oxidação indesejadas na etapa

posterior de clarificação.

Antes de entrar na etapa de clarificação, o óleo a 80ºC é previamente aquecido a

temperatura de 100ºC através de um trocador de calor de placas W400. Este trocador de calor

possui uma área de troca térmica de 0,19 m² e fornece 41,22 kW de calor, através de vapor

saturado na temperatura de 125ºC.

O óleo neutralizado em temperatura de 100ºC é enviado ao reator de clarificação

R400, aonde permanece sob um vácuo de 30 mmHg por cerca de 20 minutos, a capacidade

volumétrica deste reator é de 1,8 m³. Neste reator são adicionados 36,54 kg/h de terra

diatomácea (adsorvente), através de um sistema de dosagem com válvulas montado no fundo

do silo de terra diatomácea. A finalidade deste procedimento é de remover tanto quanto

possível algumas das substâncias contidas no óleo como fosfatídeos e pigmentos.

42

Subseqüentemente, a vazão de 3690,26 kg de óleo clarificado e adsorvente por hora é

filtrado através do filtro prensa vertical com objetivo de remover do óleo clarificado as terras

clarificantes. Para otimização desta etapa do processo, são instalados dois filtros prensas F100

e F200 com o objetivo de assegurar que enquanto um está realizando a limpeza o outro está

operando, e vice-versa. O volume do tanque do filtro é de 0,52 m³ e apresenta uma área de

filtração de 5,6m².

Depois da filtração, o resíduo no filtro contém aproximadamente 37.5% de óleo e

62,5% de adsorvente para uma vazão mássica de 58,46 kg de torta por hora, armazenada

diariamente numa caçamba E100 que apresenta um volume de 4,1 m³.

O óleo clarificado com uma vazão mássica de 3631,81 kg/h apresenta uma

composição de 99,48% de triglicerídeos e o restante de componentes minoritários como

tocoferóis e esteróis. Este óleo é armazenado no tanque B600 cuja capacidade é de 32,8 m³,

sendo fechado para não promover a oxidação e comprometer a qualidade deste óleo.

43

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS

As alterações de ordem nutricional e econômica sobrevindas na área alimentícia têm

despertado cada vez mais a tendência do uso da engenharia de processos em assuntos

referentes a óleos e gorduras com a finalidade de descobrir caminhos alternativos para

preservação de compostos importantes para a saúde humana, como os tocoferóis que

previnem a formação de radicais livres e doenças cardiovasculares.

A importância do refino do óleo vegetal visando remover ou reduzir compostos

minoritários indesejáveis para torná-lo próprio para consumo é o que caracteriza a sua

realização e o que instiga pela busca de novas tecnologias que melhorem e simplifiquem o

número de estágios deste processo.

Dentre todas as etapas que caracterizam a transformação do óleo bruto em refinado,

pode-se perceber que a etapa de clarificação é caracterizada como ponto decisivo do processo,

por ser a única etapa capaz de corrigir eventuais falhas provindas de etapas anteriores a de

clarificação. No entanto, a literatura pouco elucida sobre o processo de clarificação por

adsorção principalmente no que se refere à cinética de adsorção interpretada por modelos

empíricos havendo, portanto uma área com grande potencial a ser explorado.

A relevância deste trabalho na formação acadêmica foi perceptível durante a sua

elaboração, com a integralização de disciplinas da engenharia química. O conhecimento, das

operações unitárias, controle de processos e da termodinâmica puderam ser amplamente

utilizados no desenvolvimento deste trabalho.

44

REFERÊNCIAS

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535p, il. Trabalhos apresentados no Simpósio sobre Cultura da Soja nos Cerrados, 1992.

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Neutralização de Óleo de Soja. 2009. 112 f. Dissertação (Mestre) - Curso de Engenharia

Química, Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul,

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Planejamento Composto Central e Investigação do Potencial de Melhoria Energética no

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Processos Térmicos e Químicos, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2008.

45

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ZILLER, S. Grasas y aceites alimentarios. Zaragoza : Acribia, 1996. ix, 71p, il.

Traducao de: Food fats and oils.

47

APÊNDICES

48

APÊNDICE A

MEMORIAL DE CÁLCULO

49

APÊNDICE A - MEMORIAL DE CÁLCULO

Este projeto tem como objetivo o processamento de 30000 ton/ano de óleo de

soja bruto para produção de óleo de soja clarificado. Utilizou-se como ferramenta de

cálculo o software mathcad, neste programa o ponto é interpretado como vírgula e hr

significa a unidade de tempo em horas.

A-1 CAPACIDADE PRODUTIVA

Regime de trabalho : 24 h/dia e 7 dias por semana

Horas disponíveis: Hdisp 24hr

day365

dayyr

:= Hdisp 8760hryr

=

Tipo de processo: Cont ínuo

Será considerado 10% do tempo disponível para eventuais paradas para

manutenção e recuperação de produção.

Horas trabalhadas: Htrab Hdisp 0.90:= Htrab 7884hryr

=

Capacidade nominal: Capnom 30000tonne

yr:=

Capacidade Horária: CaphoráriaCapnom

Htrab:= Caphorária 3.805

tonnehr

=

Capacidade diária: Capdiária Caphorária 24hr

day:= Capdiária 91.324

tonneday

=

49

Capacidade semanal: Capsemanal Caphorária 24hr

day7

dayweek

:=

Capsemanal 639.24tonneweek

:=

Capacidade mensal: Capmensal Caphorária 30day

month24

hrday

:=

Capmensal 2739.6tonnemonth

:=

Sabendo a capacidade anual de processamento de óleo de soja (30.000.000

kg/ano), bem como o preço do óleo de soja refinado em torno de 2.72 R$/kg, então é

possível obter o faturamento anual.

Faturamento 81600000R$ano

:=Faturamento 30000000kgano

2.72R$kg

:=

A-2 INFORMAÇÕES GERAIS

- Propriedades da matéria-prima:

a) Óleo Vegetal:

p/ T = 25ºC => ρóleo_10 888kg

m3:= anexo( )

Cp.óleo_10 0.444kcal

kg °C:= anexo( )

- Propriedade de Produtos e Intermediários:

a) Água:

p/ T = 25ºC => ρágua40 997.05kg

m3:= PERRY 2008, ( )

Cpágua40 1.0kcal

kg ºC:= PERRY 2008, ( )

50

p/ T = 95ºC => ρágua230 961.75kg

m3:= PERRY 2008, ( )

b) Óleo Vegetal:

p/ T = 77.8ºC => ρ.óleo 861.88kg

m3:= anexo( )

Cpóleo 0.4832kcal

kg ºC:= anexo( )

μóleo_77.8ºC 0.010076kgm s

:= anexo( )

p/ T = 78.4ºC => anexo( )

Cpóleo 0.4837kcal

kg ºC:= anexo( )


:= anexo( )

p/ T = 80ºC => ρóleo 861kg

m3:= anexo( )

Cpóleo 0.485kcal

kg ºC:= anexo( )

μóleo_80ºC 0.009088kgm s

:= anexo( )

p/ T = 100ºC => ρóleo. 852kg

m3:= anexo( )


:= anexo( )

c) Ácido Fosfórico Concentrado:

p/ T = 25ºC => ρác.fosfórico110 1690kg

m3:= PERRY 2008, ( )

CpH3PO4_110 0.447kcalkg K

:= PERRY 2008, ( )

ρoleo 861.64kg

m3:=

51

d) Hidróxido de Sódio Diluído:

p/ T = 25ºC => ρNaOH140 1120.67kg

m3:= PERRY 2008, ( )

CpNaOH140 0.9985kcalkg K

:= PERRY 2008, ( )

e) Terra Clarificante

p/ T = 25ºC => ρterra_310 330kg

m3:= anexo( )

52

A-2 BALANÇO DE MASSA

A elaboração do balanço de massa define um processo completo de

detalhadamento do projeto de uma indústria. As correntes envolvidas no balanço de

massa são aquelas que atravessam as fronteiras do sistema, obtidas por meio do

princípio da conservação da massa.

Em síntese o balanço irá conter as informações de determinadas quantidades

de matérias-primas e produtos que circulam em cada etapa produtiva. Utilizou-se

como ferramenta de cálculo o software mathcad, neste programa o ponto é

interpretado como vírgula e hr significa a unidade de tempo em horas.

A - 2.1 Degomagem

A operação de degomagem permite a remoção de fosfatídeos hidratáveis na

posterior etapa de centrifugação.

A - 2.1.1 Tanque de Degomagem

Na corrente de recebimento da matéria-prima (corrente 10), será

considerado que o óleo bruto apresenta uma composição média de 96% de

triglicerídeos e o restante são substâncias acompanhantes indesejáveis (Oetterer,

2006).

53

Onde:

xT10 0.96:= xTC10 0.0017:= xágua20 1.0:=

xF10 0.025:= xAG10 0.0085:= m10 3805kghr

:=

xE10 0.0033:= xPG10 0.0015:=

B.M.Componentes da corrente 10 :

Para os triglicerídeos: mT10 m10 xT10:= mPG10 m10 xPG10:=Para os pigmentos :mPG10 5.7075

kghr=mT10 3652.8

kghr=

mE10 m10 xE10:=Para os ácidos graxos: mAG10 m10 xAG10:= Para os esteróis :

mE10 12.5565kghr=mAG10 32.3425

kghr=

Para os fosfatídeos : mF10 m10 xF10:= Para a água : m20 0.02 m10:=

mF10 95.1250kghr= m20 76.1

kghr=

Para os tocoferóis : mTC10 m10 xTC10:=

mTC10 6.4685kghr=

Para a corrente de saída do tanque de degomagem (corrente 30), obtém-se:

B.M.Global da corrente 30 :

m30 m10 m20+:=

m30 3881.1kghr=

B.M.Componentes da corrente 30 :

Para os triglicerídeos: mT30 mT10:= Para os ácidos graxos: mAG30 mAG10:=

mT30 3652.8kghr= mAG30 32.3425

kghr=

xT30mT30m30

:= xAG30mAG30

m30:=

xT30 0.9412=xAG30 0.0083=

54

Para os tocoferóis : mTC30 mTC10:= Para os esteróis : mE30 mE10:=

mTC30 6.4685kghr= mE30 12.5565

kghr=

xTC30mTC30

m30:= xE30

mE30m30

:=

xTC30 0.0017= xE30 0.0032=

Para a água : mágua30 m20:= Para os pigmentos : mPG30 mPG10:=

mágua30 76.1kghr=

mPG30 5.7075kghr=

xágua30mágua30

m30:=

xPG30mPG30

m30:=

xágua30 0.0196=

xPG30 0.0015=

Para os fosfatídeos : mF30 mF10:=

mF30 95.125kghr=

xF30mF30m30

:=

xF30 0.0245=

TABELA 7 – Resumo da corren te de óleo bruto na etapa de degomagem.

Vazão Fração (kg/h) (% m)

Triglicerídeo 3652,8 96Ácido Graxo 32,3425 0,85Tocoferóis 6,4685 0,17Fosfatídeos 95,125 2,5

Esteróis 12,5565 0,33Pigmentos 5,7075 0,15

Total 3805 100

Composição

Nº Corrente Corrente 10

TABELA 8 – Resumo da corren te de água na etapa de degomagem. Vazão Fração (kg/h) (% m)

Composição Água 76,1 100


55

TABELA 9 – Resumo da corren te de água e óleo bruto na etap a d e d egomagem.


Triglicerídeo 3652,8 94,12Ácido Graxo 32,3425 0,83Tocoferóis 6,4685 0,17Fosfatídeos 95,125 2,45


Água 76,1 1,96Total 3805 100

Composição


A - 2.1.2 Tanque de Centrifugação

Nesta etapa do processo a goma (corrente 40), apresenta uma composição de

35% em óleo e 65% de fosfatídeos, em base seca (Oetterer, 2006). Entretanto esta

goma proveniente do processo de degomagem úmida arrasta consigo um alto teor de

umidade, da ordem de 50%. O óleo sai da operação de centrifugação (corrente 50)

com uma umidade de 0.2% (Moretto, 1998).

Onde:

xágua40 0.5:=

xágua50 0.002:=

xG_seca40 0.5:=

xóleo_seco40 0.35:=

xF_seco40 0.65:=

56

B.M.Global das correntes 40 e 50 :

Com base na composição de água conhecido nas correntes 30, 40 e 50, restam

duas incógnitas no sistema de equações (m40 e m50). Podendo-se escrever as

seguintes equações:

m50 m30 m40-:=

m50 xágua50 m30 xágua30 m40 xágua40+:=

Substituindo apropriadamente, obtém:

m30 m40-( ) xágua50 m30 xágua30 m40 xágua40+:=

m40m30 xágua30 xágua50-( )

xágua40 xágua50-( ):= m40 137.2245

kghr=

Assim : m50 m30 m40-:=

m50 3743.8755kghr=

As frações e vazões mássicas para cada componente do óleo da corrente 40

serão encontradas fazendo uma analogia com a corrente 30, dividindo-a em óleo,

fosfatídeos e água. O óleo nesse caso será composto somente de triglicerídeos, ácidos

graxos, tocoferóis, esteróis e pigmentos.

Assim irão ser conhecidas as composições da corrente 40, pois a composição

do óleo seco e sem fosfatídeos será igual para as duas correntes.

Assumindo :

xG_seca40 0.5= xoleo_seco40 0.35:= xF_seco40 0.65=

B.M.Componentes secos da corrente 40 : Para a goma mG_seca40 xG_seca40 m40:= Para a água : mágua40 xágua40 m40:=

mG_seca40 68.6122kghr= mágua40 68.6122

kghr=

57

móleo40 xóleo_seco40 mG_seca40:=Para o óleo seco :móleo40 24.0143

kghr=

Para os fosfatídeos secos:

mF40 xF_seco40 mG_seca40:=

mF40 44.598kghr=

xF40mF40m40

:=

xF40 0.325=

Calculando a massa de óleo na corrente 30, obtém-se:

móleo30 mT30 mAG30+ mTC30+ mE30+ mPG30+:=

móleo30 3709.875kghr=

B.M.Componentes da corrente 30 isentos de fosfatídeos e água:

Para os triglicerídeos: mT30s mT30:= Para os ácidos graxos: mAG30s mAG30:=

mAG30 32.3425kghr=mT30s 3652.8

kghr=

xT30smT30

móleo30:= xAG30s

mAG30móleo30

:=

xT30s 0.9846= xAG30s 0.0087=

Para os tocoferóis : mTC30s mTC30:= Para os esteróis : mE30s mE30:=

mTC30s 6.4685kghr= mE30s 12.5565

kghr=

xTC30smTC30móleo30

:= xE30smE30

móleo30:=

xE30s 0.0034=xTC30s 0.0017=

Para os pigmentos : mPG30s mPG30:=

mPG30s 5.7075kghr=

xPG30smPG30móleo30

:=

xPG30s 0.0015=

58

B.M.Componentes da corrente 40 isentos de fosfatídeos e água:

Para os triglicerídeos: xT40s xT30s:= Para os esteróis : xE40s xE30s:=

xT40s 0.9846= xE40s 0.0034=

mT40 móleo40 xT40s:= mE40 móleo40 xE40s:=

mT40 23.6448kghr= mE40 0.0813

kghr=

Para os ácidos graxos: xAG40s xAG30s:= Para os tocoferóis : xTC40s xTC30s:=

xTC40s 0.0017=xAG40s 0.0087=

mTC40 móleo40 xTC40s:=mAG40 móleo40 xAG40s:=

mTC40 0.0419kghr=mAG40 0.2094

kghr=

Para os pigmentos : xPG40s xPG30s:=

xPG40s 0.0015=

mPG40 móleo40 xPG40s:=

mPG40 0.0369kghr=

Logo, as frações correspondentes a corrente 40 serão :

xE40mE40m40

:=

xE40 0.0006=

xAG40mAG40

m40:=

xAG40 0.0015=

xPG40mPG40

m40:=

xPG40 0.0003=

xTC40mTC40

m40:=

xTC40 0.0003=

59

xT40mT40m40

:=

xT40 0.1723=

xF40 0.325=

xágua40 0.5=

B.M.Componentes da corrente 50:

Para os triglicerídeos: mT50 mT30 mT40-:= Para os tocoferóis : mTC50 mTC30 mTC40-:=

mT50 3629.1552kghr= mTC50 6.4266

kghr=

xT50mT50m50

:= xTC50mTC50

m50:=

xT50 0.9694= xTC50 0.0017=

Para os ácidos graxos: mAG50 mAG30 mAG40-:= Para a água : mágua50 m50 xágua50:=

mAG50 32.1331kghr= mágua50 7.4878

kghr=

xAG50mAG50

m50:=

xAG50 0.0086=

Para os esteróis : mE50 mE30 mE40-:= Para os pigmentos : mPG50 mPG30 mPG40-:=

mE50 12.4752kghr= mPG50 5.6706

kghr=

xE50mE50m50

:= xPG50mPG50

m50:=

xE50 0.0033= xPG50 0.0015=

Para os fosfatídeos : xF50m30 xF30 m40 xF40-

m50:=

xF50 0.0135=

mF50 m50 xF50:=

mF50 50.527kghr=

60

TABELA 10 – Resu mo da corren te de goma na etapa de centrifugação.




Água 68,6122 50Total 137,2245 100

Composição


TABELA 11 – Resu mo da corren te de óleo degomado na etapa de cen tr ifugação.




Água 7,4878 0,2Total 3743,8755 100

Composição


61

A – 2.2 Neutralização:

Considera-se que no tanque inicialmente se faz a adição de ácido fosfórico

com função de auxiliar na precipitação de substâncias não hidratáveis no processo da

degomagem. Para o ácido fosfórico com uma concentração de 85%, utiliza-se na

base de 0,1 a 0,4% em massa em relação ao óleo.

A concentração da soda cáustica diluída apresenta geralmente uma

concentração que varia de 10 a 24 graus Bé. De acordo com Lopes (2008), é

importante considerar no refino do óleo de soja o uso da soda cáustica de 16-

18ºBaumé, pois com esta força relativamente fraca, irá conseguir conter água

suficiente para a adequada hidratação dos fosfatídeos.

Onde:xNaOH70 0.1107:=

xH3PO4_60 0.85:=

A - 2.2.1 Tanque de Neutralização


m60 0.003 m50:=

m60 11.2316kghr=


Para o ácido fosfórico : mH3PO4_60 m60 xH3PO4_60:=

mH3PO4_60 9.5469kghr=

62

Para a água : xágua60 1 xH3PO4_60-:=

xágua60 0.15=

mágua60 m60 xágua60:=

mágua60 1.6847kghr=

Para a reação de neutralização com Solução Alcalina será considerado :

O H

>

O N aR C

O

Na OH R C

O

H 2 O

Ácido graxo livre Soda Sabão Água

Onde:

xác.linoléico 0.533:= PMágua 18gmmol

:= PMNaOH 40gmmol

:=

xác.oléico 0.218:= PMác.oléico 282.46gmmol

:= PMác.linoléico 280.44gmmol

:=

Considerando os componentes presentes em maior proporção no ácido graxo,

obteve-se o peso médio molecular da mistura de ácidos graxos:

PMAG xác.linoléico PMác.linoléico xác.oléico PMác.oléico+:=

PMAG 0.2111kgmol

=

nAG50mAG50PMAG

:=

nAG50 152.2531molhr

=

63

Pela estequiometria da reação, tem-se : nNaOH70 nAG50:=

B.M.Componente da corrente 70 :

Para solução alcalina: mNaOH70 nNaOH70 PMNaOH:=

mNaOH70 6.0901kghr=


m70mNaOH70xNaOH70

:=

m70 55.0147kghr=

Assim, para água:

xágua70 1 xNaOH70-:=

xágua70 0.8893=

mágua70 m70 xágua70:=



m80 m50 m60+ m70+:=

m80 3810.1218kghr=


Para os triglicerídeos: mT80 mT50:= Para os esteróis : mE80 mE50:=

mT80 3629.1552kghr= mE80 12.4752

kghr=

xE80mE80m80

:=xT80mT80m80

:=

xE80 0.0033=xT80 0.9525=

64

Para os tocoferóis : mTC80 mTC50:= Para os Pigmentos : mPG80 mPG50:=

mTC80 6.4266kghr= mPG80 5.6706

kghr=

xTC80mTC80

m80:= xPG80

mPG80m80

:=

xTC80 0.0017= xPG80 0.0015=

Será considerada reação completa entre o restante do ácido fosfórico com os

fosfatídeos não-hidratáveis, resultando numa baixa concentração de fosfatídeos

hidratáveis.

Para os fosfatídeos hidratáveis : mF80 mF50 mH3PO4_60+:=

mF80 60.0739kghr=

xF80mF80m80

:=

xF80 0.0158=

Pela estequiometria da reação, tem-se para número de moles:

Para água : nágua_reação nNaOH70:=

nágua_reação 152.2531molhr

=

mágua_reação nágua_reação PMágua:=

mágua_reação 2.7406kghr=

Assim :

mágua80 mágua50 mágua60+ mágua70+ mágua_reação+:=


xágua80mágua80

m80:=

xágua80 0.016=

65

Pela estequiometria da reação, tem-se para número de moles:

Para o sabão: nSa80 nágua_reação:=

nSa80 152.2531molhr

=

mSa80 mAG50 mNaOH70+ mágua_reação-:=

mSa80 35.4827kghr=

xSa80mSa80

m80:=

xSa80 0.0093=

Na reação dos ácidos graxos com a solução alcalina a concentração do ácido

graxo da corrente 80 não será incluída na resolução do balanço de massa, em virtude

de restar apenas traços de ácidos graxos livres no óleo, sendo assim negligenciada.

Entretanto, tais valores recomendados serão mencionados no final do balanço de

massa.

TABELA 12 – Resumo da corrente de ácido fosfórico concentrado na etapa de neu- tralização.


Água 1,6847 15H3PO4 9,5469 85

Total 11,2316 100

Composição


TABELA 13 – Resumo da corrente de hidróxido de sódio diluído na etapa de neutra- lização.


Água 48,9246 88,93NaOH 6,0901 11,07

Total 55,0147 100

Nº Corrente

Composição

Corrente 70

66

TABELA 14 – Resu mo da corren te de óleo neutro e sabões na etapa de neutralização.


Triglicerídeo 3629,1552 95,25Sabões 35,4827 0,93

Tocoferóis 6,4266 0,17Fosfatídeos 60,0739 1,58


Água 60,8376 1,60Total 3810,1218 100

Nº Corrente

Composição

Corrente 80

A – 2.3 Separação dos sabões formados do óleo neutralizado:

A operação de neutralização tem por finalidade de eliminar os ácidos graxos

livres sob forma de sabões. Estes são separados do produto principal (óleo neutro),

por meio da centrifugação. No qual, em sua primeira fase de centrifugação consegue-

se remover parte dos sabões formados, ficando uma pequena quantidade de sabão

residual que apresenta uma concentração de aproximadamente 0.04% (COSTA,

2008).

Para eliminação deste resíduo, é necessária a adição de 10 a 20% de água. Em

que após ser submetido à outra centrifugação, o óleo neutro obtido deverá estar

isento de sabão. Será considerada nesse processo, a utilização da centrífuga de disco

de alta velocidade tendo como eficiência operacional na faixa de 45-73%. (Alfa

Laval).

67

Onde:

xSa100 0.0004:=

xágua110 1.00:=

B.M.Global das correntes 90 e 100:

Considerando uma eficiência de 70% para a centrifugação, obtém:m90 mágua80 mSa80+ mF80+( ) 0.7:=

m90 109.476kghr=

m100 m80 m90-:=

m100 3700.6458kghr=

B.M.Componentes das correntes 90 e 100 :

Para o sabão : mSa100 m100 xSa100:= mSa90 mSa80 mSa100-:=

mSa100 1.4803kghr= mSa90 34.0025

kghr=

xSa90mSa90

m90:=

xSa90 0.3106=

Para os fosfatídeos : mF90 mF80:= Para os esteróis : mE100 mE80:=

mF90 60.0739kghr= mE100 12.4752

kghr=

xF90mF90m90

:= xE100mE100m100

:=

xF90 0.5487= xE100 0.0034=

68

Para a água: xágua90 1 xSa90 xF90+( )- := mágua90 m90 xágua90:=

xágua90 0.1407= mágua90 15.3996kghr=

mágua100 mágua80 mágua90-:=xágua100

mágua100m100

:=mágua100 45.438

kghr=

xágua100 0.0123=

Para os triglicerídeos: mT100 mT80:=

mT100 3629.1552kghr=

xT100mT100m100

:=

xT100 0.9807=

Para os Pigmentos : mPG100 mPG80:= Para os tocoferóis : mTC100 mTC80:=

mPG100 5.6706kghr= mTC100 6.4266

kghr=

xPG100mPG100

m100:= xTC100

mTC100m100

:=

xPG100 0.0015= xTC100 0.0017=


m110 0.2 mágua100:=

m110 9.0876kghr=


m120 m100 m110+:=

m120 3709.7334kghr=


Para o sabão : mSa120 mSa100:= Para a água: mágua120 mágua100 m110+:=

mSa120 1.4803kghr= mágua120 54.5256

kghr=

69


xSa120mSa120m120

:= xágua120mágua120

m120:=

xSa120 0.0004= xágua120 0.0147=

Para os triglicerídeos: mT120 mT100:= Para os esteróis : mE120 mE100:=

mT120 3629.1552kghr= mE120 12.4752

kghr=

xT120mT120m120

:= xE120mE120m120

:=

xT120 0.9783= xE120 0.0034=

Para os Pigmentos : mPG120 mPG100:= Para os tocoferóis : mTC120 mTC100:=

mPG120 5.6706kghr= mTC120 6.4266

kghr=

xTC120mTC120

m120:=xPG120

mPG120m120

:=

xTC120 0.0017=xPG120 0.0015=

O óleo neutro obtido no final desse processo estará isento de sabão e nesta

segunda fase de separação a centrífuga opera com a mesma eficiência. Conseguindo

removê-lo totalmente do processo, em virtude da concentração do sabão residual ser

extremamente baixa.

B.M.Global da corrente 130:

Considerando uma eficiência de 70% para a centrifugação, obtém :

m130 mágua120 mSa120+( ) 0.7:=

m130 39.2041kghr=


m140 m120 m130-:=

m140 3670.5293kghr=

70

B.M.Componentes das correntes 130 e 140:

Para o sabão : mSa130 mSa120:= Para os esteróis : mE140 mE120:=

mSa130 1.4803kghr= mE140 12.4752

kghr=

xSa130mSa130m130

:= xE140mE140m140

:=

xSa130 0.0378= xE140 0.0034=

Para a água: xágua130 1 xSa130-( ):= mágua130 m130 xágua130:=

xágua130 0.9622= mágua130 37.7239kghr=

mágua140 mágua120 mágua130-:=xágua140

mágua140m140

:=mágua140 16.8018

kghr=

xágua140 0.0046=

Para os triglicerídeos: mT140 mT120:= Para os Pigmentos : mPG140 mPG120:=

mT140 3629.1552kghr= mPG140 5.6706

kghr=

xT140mT140m140

:= xPG140mPG140

m140:=

xT140 0.9887= xPG140 0.0015=

Para os tocoferóis : mTC140 mTC120:=

mTC140 6.4266kghr=

xTC140mTC140

m140:=

xTC140 0.0018=

71

TABELA 15 – Resumo da corrente de água, sabões e fosfatídeos n etapa de cen- trifugação.


Sabões 34,0025 31,06Fosfatídeos 60,0739 54,87

Água 15,3996 14,07Total 109,476 100

Composição


TABELA 16 – Resu mo da corren te de água quente na etapa de lavagem.


Triglicerídeo 3629,16 98,07Água 45,4380 1,23

Tocoferóis 6,4266 0,17Sabões 1,4803 0,04Esteróis 12,4752 0,34

Pigmentos 5,6706 0,15Total 3700,6507 100

Composição


TABELA 17 – Resu mo da corren te de água quente na etapa de lavagem.




TABELA 18 – Resu mo da corren te de óleo neutro e água na etapa de lavagem.



Tocoferóis 6,4266 0,1700Sabões 1,4803 0,0400Esteróis 12,4752 0,3400

Pigmentos 5,6706 0,1500Total 3709,7335 100

Nº Corrente

Composição

Corrente 120

TABELA 19 – Resu mo da corren te de água e sabões n a etapa de centrifugação.


Água 37,7239 96,2200Sabões 1,4803 3,7800

Total 39,2042 100

Composição


72

TABELA 20 – Resu mo da corren te de óleo neutro na etap a de centrifug ação.



Tocoferóis 6,4266 0,18Esteróis 12,4752 0,34

Pigmentos 5,6706 0,15Total 3670,5294 100

Composição


A – 2.4 Clarificação:

Para evitar reações de oxidação é necessário antes de o óleo passar para a

etapa posterior de clarificação, realizar a secagem do óleo neutro a fim de remover o

resíduo de água presente (COSTA, 2008).

O adsorvente empregado nesta fase do processo (terra clarificante) apresenta

uma concentração variável de 0,5% a 2,0% conforme a intensidade de cor de óleo,

normalmente fica em 1% e a quantidade apropriada em massa está em torno de 1 a

5%. Os adsorventes em geral conseguem reter de 20% a 70% de seu peso em óleo

(Oetterer, 2006).

Onde:

xad200 0.01:=

xágua170 1.0:=

xad190 1.0:=

73


m150 mágua140:=

m150 16.8018kghr=

m160 m140 m150-:=

m160 3653.7276kghr=


Para os triglicerídeos : mT160 mT140:= Para os esteróis : mE160 mE140:=

mT160 3629.1552kghr= mE160 12.4752

kghr=

xT160mT160m160

:= xE160mE160m160

:=

xT160 0.9933= xE160 0.0034=


mTC160 6.4266kghr= mPG160 5.6706

kghr=

xPG160mPG160

m160:=xTC160

mTC160m160

:=

xPG160 0.0016=xTC160 0.0018=


m170 m160 0.01:=

m170 36.5373kghr=

m180 m160 m170+:=

m180 3690.2648kghr=


Para os triglicerídeos : mT180 mT160:= Para os esteróis : mE180 mE160:=

mT180 3629.1552kghr= mE180 12.4752

kghr=

74


xT180mT180m180

:= xE180mE180m180

:=

xT180 0.9834= xE180 0.0034=


mTC180 6.4266kghr= mPG180 5.6706

kghr=

xTC180mTC180

m180:= xPG180

mPG180m180

:=

xTC180 0.0017= xPG180 0.0015=

Para o adsorvente : mad180 m170:=

mad180 36.5373kghr=

xad180mad180m180

:=

xad180 0.0099=

B.M.Componentes das correntes 190:

Considerando que o adsorvente consegue reter 60% de seu peso em óleo :

Para o adsorvente : mad190 mad180:= Para o óleo : móleo190 0.6 mad190:=

mad190 36.5373kghr= móleo190 21.9224

kghr=

B.M.Global da corrente 190:m190 móleo190 mad190+:=

m190 58.4596kghr=


Para os Pigmentos : mPG190 mPG180:=

mPG190 5.6706kghr=

75


Para os Pigmentos : xPG190mPG190

m190:=

xPG190 0.097=

Para o óleo isento de pigmentos, obtemos as seguintes equações :

móleo_C180 mT180 mTC180+ mE180+:=

móleo_C180 3648.057kghr=

móleo_C190 móleo190 mPG190-:=

móleo_C190 16.2518kghr=

Frações dos componentes clarificados:

xT_CmT180

móleo_C180:=

xT_C 0.9948=

xE_CmE180

móleo_C180:=

xE_C 0.0034=

xTC_CmTC180

móleo_C180:=

xTC_C 0.0018=

Para os triglicerídeos: mT190 móleo_C190 xT_C:= Para adsorvente: mad190. mad180:=

mT190 16.1676kghr= mad190 36.5373

kghr=

xT190mT190m190

:=

xT190 0.2766= xad190 0.625=

xad190mad190m190

:=

76

Para os esteróis : mTC190 móleo_C190 xTC_C:= Para os tocoferóis : mE190 móleo_C190 xE_C:=

mTC190 0.0286kghr= mE190 0.0556

kghr=

xTC190mT190m190

:= xE190mE190m190

:=

xTC190 0.2766= xE190 0.001=


m200 m180 m190-:=

m200 3631.8052kghr=


Para os triglicerídeos: mT200 mT180 mT190-:= Para os esteróis : mE200 mE180 mE190-:=

mT200 3612.9876kghr= mE200 12.4196

kghr=

xE200mE200m200

:=xT200mT200m200

:=

xE200 0.0034=xT200 0.9948=

Para os tocoferóis : mTC200 mTC180 mTC190-:=

mTC200 6.398kghr=

xTC200mTC200

m200:=

xTC200 0.0018=

77

TABELA 21 – Resu mo da corren te de água n a etapa de secagem.




TABELA 22 – Resu mo da corren te de óleo neutro na etap a de secagem. Vazão Fração (kg/h) (% m)

Triglicerídeo 3629,1552 99,33Tocoferóis 6,4266 0,18


Total 3653,7276 100

Composição


TABELA 23 – Resu mo da corren te adsorvente na etapa de clar ificação. Vazão Fração (kg/h) (% m)

Composição Adsorvente 36,5373 100


TABELA 24 – Resumo da corrente de óleo clarificado e adsorvente na etapa de cla- rificação.


Triglicerídeo 3629,1552 98,34Adsorvente 36,5373 0,99Tocoferóis 6,4266 0,17


Total 3690,2649 100

Nº Corrente

Composição

Corrente 180

TABELA 25 – Resu mo da corren te de adsorvente e óleo n a etapa de clarificação. Vazão Fração (kg/h) (% m)

Triglicerídeo 16,1676 27,66Adsorvente 36,5373 62,5Tocoferóis 0,0286 0,05


Total 58,4597 100

Nº Corrente

Composição

Corrente 190

TABELA 26 – Resu mo da corren te de óleo clar ificado na etapa de clar ificação. Vazão Fração (kg/h) (% m)

Triglicerídeo 3612,9876 99,48Tocoferóis 6,398 0,18

Esteróis 12,4196 0,34Total 3631,8052 100

Composição


78

A - 3 BALANÇO DE ENERGIA

A - 3.1 Cálculo da Temperatura de Equilíbrio

O cálculo da temperatura no equilíbrio térmico é utilizado para estimar a

temperatura final de equilíbrio térmico de uma determinada mistura, o qual pode ser

efetuado a partir da igualdade entre o calor cedido por um dos fluidos e o recebido por

outro, desprezando-se as perdas para o exterior, conforme a expressão abaixo.

Utilizou-se como ferramenta de cálculo o software mathcad, neste programa o ponto

é interpretado como vírgula e hr significa a unidade de tempo hora.

Qq- Qf:= (Eq. 2)

Onde:

Qq = calor cedido do fluido quente para o fluido frio;

Qf = calor recebido pelo fluido frio.

Pela definição de calor obtém-se a seguinte equação:

mq Cpq Tq,e Tq,s-( ) mf Cpf (Tf,s Tf,e )-:= (Eq. 3)

Onde:

Tq,e / q,s= temperatura de entrada/saída do fluido quente;

Tf,e / f,s = temperatura de entrada/saída do fluido frio;

mq = vazão mássica do fluido quente;

mf = vazão mássica do fluido frio;

Cpq = capacidade calorífica do fluido quente;

Cpf = capacidade calorífica do fluido frio.

79

A - 3.1.1 Cálculo da Temperatura de Equilíbrio para mistura óleo e água (corrente 60)

Para o cálculo da temperatura do óleo degomado decorrente da mistura óleo e água,

considera-se que não haverá perdas de calor para o meio externo após passar pelo

misturador estático V100 e completar o tempo de residência recomendado no reator R100

assim como nas tubulações relativas à eles. Portanto toda energia cedida pelo fluido quente

deverá ser absorvida pelo fluido frio.

Para a mistura óleo/água, considerou-se que a temperatura de entrada do óleo bruto

(corrente 30) no misturador é de 80ºC e da água (corrente 40) é de 25ºC (KIRSCHBAUM;

WELDKAMP, 2011). O calor específico das substâncias que compõem a mistura foi obtido

do anexo.

Onde:

Tóleo_e 80 °C:=

Tágua_e 25 °C:=

móleo30 3805kghr

:=

mágua40 76.1kghr

:=

Cpóleo_80ºC 0.485kcalkg K

:=

Cpágua_25ºC 1.0kcalkg K

:=

Calcula-se a temperatura de saída do reator R100 por meio da igualdade entre o

calor cedido por um dos fluidos, nesse caso óleo e o recebido pela água.

Qóleo30 Qágua40:=

Obtendo-se a seguinte equação:

móleo30 Cpóleo_80ºC Tóleo,e Tóleo,s-( ) mágua40 Cpágua_25ºC Tágua,s Tágua,e-( ):=

80

Fazendo a distributiva e isolando Ts, tem-se:

Ts_60móleo30 Cpóleo_80ºC Tóleo_e mágua40 Cpágua_25ºC Tágua_e+

mágua40 Cpágua_25ºC móleo30 Cpóleo_80ºC+( ):=

Ts_60 350.97 K= ou T.s_60 77.8 °C:=

A temperatura de equilíbrio térmico (Ts) indica a temperatura na qual a mistura

óleo e água proveniente do reator R100 apresentará no final da primeira etapa do processo

de refino do óleo de soja (etapa de degomagem).

A - 3.1.2 Cálculo da Temperatura de Equilíbrio para mistura óleo e ácido (corrente 130)

Para o cálculo da temperatura do óleo degomado decorrente da mistura óleo e ácido

fosfórico, considera-se que não haverá perdas de calor para o meio externo após passar pela

tubulação relativa ao reator R200 e completar o tempo de residência recomendado no

reator.

Considerou-se que a temperatura de entrada do óleo degomado (corrente 100) no

reator é de 80ºC e do ácido fosfórico concentrado (corrente 110) é de 25ºC

(KIRSCHBAUM; WELDKAMP, 2011). O calor específico das substâncias que compõem a

mistura, foram obtidos do Perry, 2008.

Onde:

Tóleo_e 80 °C=

TH3PO4_e 25 °C:=

móleo100 3743.88kghr

:=

mH3PO4_110 11.23kghr

:=

81

Cpóleo_80ºC 0.485kcalkg K=

CpH3PO4_25ºC 0.447kcalkg K

:=


calor cedido pelo óleo e o recebido pelo ácido fosfórico.

Qóleo_100 QH3PO4_110:=


móleo100 Cpóleo Tóleo_e Tóleo_s-( ) mH3PO4_110 CpH3PO4 TH3PO4_s TH3PO4_e-( ):=


Ts_130móleo100 Cpóleo_80ºC Tóleo_e mH3PO4_110 CpH3PO4_25ºC TH3PO4_e+

mH3PO4_110 CpH3PO4_25ºC móleo100 Cpóleo_80ºC+( ):=

Ts_130 353 K= ou Ts_130 ≈ 80ºC


óleo/ácido fosfórico concentrado apresentará na saída do reator R200 sendo assim,

corresponde a temperatura da corrente 130.

82

A - 3.1.3 Cálculo da Temperatura de Equilíbrio para mistura óleo e soda cáustica (corrente160)

Para o cálculo da temperatura do óleo degomado decorrente da mistura óleo e

hidróxido de sódio, considera-se que não haverá perdas de calor para o meio externo após

passar pela tubulação relativa ao reator R300 e completar o tempo de residência

recomendado no reator.

Considerou-se que a temperatura de entrada do óleo (corrente 130) no reator é de

80ºC e do hidróxido de sódio diluído (corrente 140) é de 25ºC (KIRSCHBAUM;

WELDKAMP, 2011). O calor específico das substâncias que compõem a mistura, foram

obtidos do Perry, 2008.

Onde: Tóleo_e 80 °C=

TNaOH_e 25 °C:=


:=

mNaOH_140 55.01kghr

:=


CpNaOH_25ºC 0.9985kcalkg K

:=



Qóleo_130 QNaOH_140:=


móleo130 Cpóleo Tóleo_e Tóleo_s-( ) mNaOH_140 CpNaOH TNaOH_s TNaOH_e-( ):=

83


Ts_160móleo130 Cpóleo_80ºC Tóleo_e mNaOH_140 CpNaOH_25ºC TNaOH_e+

mNaOH_140 CpNaOH_25ºC móleo130 Cpóleo_80ºC+( ):=

Ts_160 351.54 K= ou T.s_160 78.4 °C:=


óleo/hidróxido de sódio diluído apresentará na saída do reator R300 sendo assim,

corresponde à temperatura da corrente 160.

A - 3.1.4 Cálculo da Temperatura de Equilíbrio para mistura óleo/água (corrente 240)

Para o cálculo da temperatura do óleo degomado decorrente da mistura óleo e água,

considera-se que não haverá perdas de calor para o meio externo após passar pelas

tubulações relativas ao misturador V200 e a centrífuga S300.

Considerou-se que a temperatura de entrada do óleo degomado (corrente 220) no

misturador V200 é de 80ºC e da água (corrente 230) é de 95ºC. O calor específico das

substâncias que compõem a mistura foi obtido do anexo.

Onde:

Tóleo_e 80 °C=

Tágua_e. 95 °C:=


:=

mágua230 9.09kghr

:=


Cpágua_95ºC 1.0kcalkg K

:=

84

Calcula-se a temperatura de saída do misturador V200 por meio da igualdade entre o


Qóleo_220 Qágua_230:=


móleo220 Cpóleo Tóleo_e Tóleo_s-( ) mágua_230 Cpágua Tágua_s Tágua_e-( ):=


Ts_240móleo220 Cpóleo_80ºC Tóleo_e mágua230 Cpágua_95ºC Tágua_e+

mágua230 Cpágua_95ºC móleo220 Cpóleo_80ºC+( ):=

Ts_240 352.87 K= ou Ts_240 ≈ 80ºC

A temperatura de equilíbrio térmico (Ts) indica a temperatura na qual a mistura óleo

e água apresentará no final da segunda fase do processo de refino do óleo de soja, que

corresponde a etapa de neutralização.

85

A - 3.2 Dimensionamento do trocador de calor

O trocador de calor é o equipamento responsável pelo aquecimento do óleo vegetal

bruto. O principal objetivo térmico dos trocadores de calor é a determinação superficial

necessária para transferir calor, conhecidas as vazões e as temperaturas dos fluidos. A

figura 40 ilustra o trocador de calor.

W10020 30

Figura 7 - Visualização do Trocador de Calor W100.

Para o cálculo da área de troca térmica é considerado o trocador de calor como

sendo de placas, constituído por um conjunto de placas de metal com orifícios para a

passagem dos dois fluidos com objetivo de transferir calor entre eles. O fluido de

aquecimento considerado será o vapor saturado à temperatura de 125ºC sob pressão

absoluta de 2,32 bar.

O coeficiente global depende de alguma das propriedades do fluido, entre elas a

viscosidade. Em virtude da viscosidade do óleo ser maior que a da água, ele apresenta uma

capacidade menor para transferir energia entre os átomos, conclui-se então que para os

fluidos água-óleo o coeficiente global obrigatoriamente deverá ser menor que a faixa

mínima utilizada para vapor-água.

O valor do coeficiente global que foi considerado para óleo-vapor, obteve-se

mediante as faixas aproximadas de outros fluidos, relacionando a menor faixa disponível

para vapor-água com a maior faixa do coeficiente global para fluido glicol-glicol (dentre os

86

compostos da tabela que apresenta estrutura química mais próxima do óleo vegetal). De

acordo com as considerações realizadas e segundo PERRY (1980):

U 4805W

m2 Δ°C( ):= ou U 4131.56

kcal

hr m2 K:=

Devido à área do trocador de calor de placas obtido ser muito pequena, considerou-

se metade do coeficiente global.

U 2402W

m2 Δ°C( ):= ou U 2065.35

kcal

hr m2 K=

87

A - 3.2.1 Determinação da área de troca térmica do trocador de calor W100

O vapor de água entra no trocador de calor em uma temperatura de 125ºC sob

pressão absoluta de 2,32 bar, conforme mencionado anteriormente. Antes de calcular a área

de troca térmica para aquecer o óleo bruto de 25ºC até 80ºC, é necessário conhecer a

quantidade de calor recebida pelo fluido que se deseja aquecer.

Onde:

m20 3805kghr

:=

Fluido Frio: Óleo Bruto

Cpóleo_25ºC 0.444kcalkg K:=

Tfria_entra20 25 273.15+( )K:=

Tfria_sai30 80 273.15+( )K:=

A quantidade de calor para o aquecimento do óleo é calculado conforme a equação:

Qrecebido_W100 m20 Cpóleo_25ºC Tfria_sai30 Tfria_entra20-( ) :=

Qrecebido_W100 92918.1kcalhr

=

A quantidade de vapor é obtida conforme a equação 3, que a expressa na forme de

calor latente. Esse calor é referente ao fluido de aquecimento, que não apresenta variação de

temperatura no trocador de calor, mas a sua perda de energia térmica é provocada por uma

mudança de fase nesse fluido, ou seja, modificação no estado de agregação de suas

moléculas.

(Eq. 4)Q m ΔHcondensação:=

Onde, ΔHcondensação é o calor latente de condensação.

88

Para o cálculo da quantidade de vapor, de acordo com a tabela de vapor d’água

saturado (anexo) obteve-se o calor latente de condensação, considerando que o vapor entra

a uma temperatura de 125ºC.

Onde:

ΔHcondensação 2188050Jkg

:=


=

P ortanto, a quantidade de vapor é de:

mvapor_W100Qrecebido_W100ΔHcondensação

:=

mvapor_W100 177.8kghr=

Conhecida a energia a ser recebida nessa etapa é possível determinar a área de troca

térmica através da equação abaixo:

(Eq. 5)AQ

U F ΔTml( ):=

Onde:

Q = energia a ser recebida (kcal/h);

U = coeficiente global de transferência de calor (kcal/h.m².K);

ΔTml = média logarítmica da temperatura (K);

A = área de troca térmica (m²);

F = fator de correção.

89

A média logarítmica das temperaturas é calcula considerando fluxo contracorrente

no condensador, e pode ser calculada como:

ΔTmlΔT1 ΔT2-

lnΔT1ΔT2

:= (Eq. 6)

Onde:

ΔT1 Tquente_entra Tfria_sai-:=

ΔT2 Tquente_sai Tfria_entra-:=

Considerou-se que a temperatura de entrada do óleo bruto no processo foi de 25ºC.

Conversão da unidade de temperatura: T K( ) T °C( ) 273.15+:=

Onde:

Fluido Quente : VaporTquente_entra 399.15K:=

Tquente_sai 399.15K:=

Fluido Frio: Óleo Bruto Tfria_entra20 298.15 K=

Tfria_sai30 353.15 K=

90

Desta forma, calcula-se:

ΔT1_W100 Tquente_entra Tfria_sai30-:=

ΔT1_W100 46 K=

ΔT2_W100 Tquente_sai Tfria_entra20-:=

ΔT2_W100 101 K=

Portanto, a média logarítmica é:

ΔTml_W10045 100-( )K

ln45100

:=

ΔTml_W100 68.88 K=


térmica através da equação 4:

Onde:

F 1:=

U 2065.35kcal

hr m2 K=

ΔTml_W100 68.88 K=


=

Portanto, a área de troca térmica do trocador de calor W100 é de:

AW_100Qrecebido_W100

U F ΔTml_W100( ):=

AW_100 0.65 m2=

91



pressão absoluta de 2.32 bar. O procedimento de cálculo é o mesmo do item A-3.2.1. Em

função disto, os cálculos serão representados de forma resumida.

Antes de calcular a área de troca térmica para aquecer o óleo degomado de 77.8ºC

até 80ºC é necessário conhecer a quantidade de calor recebida pelo fluido que se deseja

aquecer.

Onde:

m90 3743.88kghr

:=


Cpóleo_77.8ºC 0.4832kcalkg K:=

Tfria_entra90 77.8 273.15+( )K:=

Tfria_sai100 80 273.15+( )K:=


QrecebidoW200 m90 Cpóleo_77.8ºC Tfria_sai100 Tfria_entra90-( ) :=

QrecebidoW200 3979.89kcalhr

=

92




Onde:

ΔHcondensação 2188050Jkg=


=


mvapor_W200QrecebidoW200ΔHcondensação

:=



Onde:

Fluido Quente : Vapor

Tquente_entra 399.15 K=

Tquente_sai 399.15 K=


Tfria_entra90 350.95 K=


93



ΔT1_W200 46 K=


ΔT2_W200 48.2 K=


ΔTml_W20045 47.27-( )K

ln45

47.27

:=

ΔTml_W200 46.13 K=



Onde:

F 1=

U 2065.35kcal

hr m2 K=

ΔTml_W200 46.13 K=


=


AW_200QrecebidoW200

U F ΔTml_W200( ):=

AW_200 0.04 m2=

94

A área de troca térmica do trocador de calor é extremamente baixa, devido à

quantidade de calor a ser fornecida ser pequena. Portanto, recomenda-se aquecer a mistura

provinda da corrente anterior um pouco mais para evitar o uso deste trocador de calor.

95





Antes de calcular a área de troca térmica para aquecer o óleo neutralizado de 78.4ºC


aquecer.

Onde:

m170 3810.12kghr

:=


Cpóleo_78.4ºC 0.4837kcalkg K:=

Tfria_entra170 78.4 273.15+( )K:=

Tfria_sai180 80 273.15+( )K:=


QrecebidoW300 m170 Cpóleo_78.4ºC Tfria_sai180 Tfria_entra170-( ) :=


=




Onde:


96


=


mvapor_W300QrecebidoW300ΔHcondensação

:=



Onde:

Fluido Quente : VaporTquente_entra 399.15 K=






ΔT1_W300 46 K=


ΔT2_W300 47.6 K=


ΔTml_W30045 46.68-( )K

ln45

46.68

:=

97

ΔTml_W200 46.13 K=



Onde:

F 1=

U 2065.35kcal

hr m2 K=

ΔTml_W300 45.83 K=


=


AW_300QrecebidoW300

U F ΔTml_W300( ):=

AW_300 0.03 m2=








Antes de calcular a área de troca térmica para aquecer o óleo neutralizado de 80ºC


aquecer.

98

Onde:

m290 3653.73kghr

:=


Cp.óleo_80ºC 0.485kcalkg K

:=

Tfria_entra290 80 273.15+( )K:=

Tfria_sai300 100 273.15+( )K:=


Qrecebido_W400 m290 Cpóleo_80ºC Tfria_sai300 Tfria_entra290-( ) :=


=




Onde:



=


mvapor_W400Qrecebido_W400ΔHcondensação

:=


99


Onde:

Fluido Quente : VaporTquente_entra 399.15 K=






ΔT1_W400 26 K=


ΔT2_W400 46 K=


ΔTml_W40045 46.68-( )K

ln45

46.68

:=

ΔTml_W400 45.83 K=

100



Onde:

F 1=

U 2065.35kcal

hr m2 K=

ΔTml_W400 45.83 K=


=


AW_400Qrecebido_W400

U F ΔTml_W400( ):=

AW_400 0.37 m2=




101

A - 3.3 Determinação da potência dos agitadores no Reator R100, R200, R300 e R400

Em consideração a velocidade e energia necessária para rotacionar um agitador,

deve-se levar em conta de que a potência absorvida num sistema fluido agitado é

dependente da geometria e das dimensões do tanque onde o fluido está inserido, assim

como das características deste fluido e do seu comportamento.

Antes de calcular a potência consumida é necessário conhecer as dimensões do

agitador, o número de pás, a velocidade angular das pás e o número de Reynolds para

determinar o tipo de regime, se é laminar ou turbulento e assim determinar o número de

potência. Em regime totalmente turbulento, o número de potência pode ser assumido como

Np = 1,5.

A - 3.3.1 Determinação da potência dos agitadores do Reator R100

a) Cálculo da velocidade angular das pás no R100

Para o cálculo da velocidade angular, a faixa de velocidade periférica é entre 3-10

m/s. Em virtude de o fluido ser viscoso, recomenda-se 3 m/s. O diâmetro do agitador

relativo ao reator R100 foi determinado no procedimento de cálculo do item A- 4.3.1, como

sendo d2 = 0.38m. A velocidade periférica é calculada conforme a equação abaixo:

u π d2 n:= (Eq. 7)

Onde:

u = velocidade perférica do óleo (m/s);

d2 = diâmetro do agitador (m);

n = velocidade angular (rpm).

102

Dados:

uóleo 3ms

:=

d2_R100 0.38m:=

Portanto, a velociade angular é definida como:

npás_R100uóleo

π d2_R100:=

npás_R100 2.511s

=

npás_R100 24 rpm=

b) Cálculo da potência consumida no R100

Na determinação do número de Reynolds, sabe-se que este é proporcional ao

diâmetro das pás e a velocidade na extremidade do agitador. Para baixos números de

Reynolds (Re < 10), escoamento viscoso prevalece no tanque de agitação, e para Re > 104 o

escoamento é turbulento.

Portanto, o número de potência (Np) é definido de acordo com o tipo do regime de

escoamento do fluido, sendo que em regime totalmente turbulento, o número de potência

pode ser assumido como Np = 1,5.

Ren d2

2 ρ

μ:= (Eq. 8)

Onde:

n = velocidade angular (rpm);

d2 = diâmetro do agitador (m);

ρóleo = massa específica do óleo (kg/m³);

μóleo = viscosidade dinâmica (kg/m.s);

103

Re = número de Reynolds Dados :

ρóleo_77.8ºC 861.88kg

m3:=


:=

Portanto, o número de Reynolds é de:

Re_R100npás_R100 d2_R100( )2 ρóleo_77.8ºC

μóleo_77.8ºC:=

Re_R100 31039.4218= => Regime turbulento, Np 1.5:=

Sendo assim, a potência é definida conforme a equação 8:

P Np n3 Di5 ρ:=

(Eq. 9)Onde:

P = potência consumida (W);

Di = diâmetro do agitador (m);

n = velocidade angular (rpm);

Np = número de potência (adimensional);

ρ = massa específica do fluido (kg/m³).

Portanto, a potência consumida é de:

Ppá_R100 Np ρóleo_77.8ºC npás_R1003 d2_R100( )5:=

Ppá_R100. 1.5 861.88kg

m32.51

1s

3 0.38m( )5:=

Ppá_R100 162.56 W= => Para 1 agitador

P2pás_R100 162.56W 1.52:=

104

P2pás_R100 247.09 W= => Para 2 agitadores






sendo d2 = 0.3m. A velocidade periférica é calculada conforme a equação :

Onde:

uóleo 3ms

=

d2_R200 0.3m:=

Portanto, a velocidade angular é definida pela equação 7 como:

npás_R200uóleo

π d2_R200:=

npás_R200 3.181s

=

npás_R200 30.4 rpm=


O número de potência (Np) é definido de acordo com o tipo do regime de



Dados :

ρóleo_80ºC 861kg

m3:=

105


:=


Re_R200npás_R200 d2_R200( )2 ρóleo_80ºC

μóleo_80ºC:=

Re_R200 27141.1015= => Regime turbulento, Np 1.5=

Sendo assim, a potência é definida conforme a expressão 9:

Ppá_R200 Np ρóleo_80ºC npás_R2003 d2_R200( )5:=

Ppá_R200. 1.5 861kg

m33.18

1s

3 0.3 m( )5:=


P2pás_R200 101.22W 1.52:=







sendo d2 = 0.38m. A velocidade periférica é calculada conforme a equação abaixo:

Onde:

uóleo 3ms

=

d2_R300 0.38m:=

106

Portanto, a velocidade angular é definida conforme a expressão 7:

npás_R300uóleo

π d2_R300:=

npás_R300 2.511s

=

npás_R300 24 rpm=





Dados :

ρóleo_78.4ºC 861.64kg

m3:=


:=


Re_R300npás_R300 d2_R300( )2 ρóleo_78.4ºC

μóleo_78.4ºC:=



Ppá_R300 Np ρóleo_78.4ºC npás_R3003 d2_R300( )5:=

Ppá_R300. 1.5 861.64kg

m32.51

1s

3 0.38 m( )5:=


107

P2pás_R300 162.52W 1.52:=






relativo ao reator R400 foi determinado no procedimento de cálculo do item A- 4.12.1,

como sendo d2 = 0.38m. A velocidade periférica é calculada conforme a equação abaixo:

Onde:

uóleo 3ms

=

d2_R400 1.03m:=

Portanto, a velocidade angular é definida conforme a equação 7:

npás_R400uóleo

π d2_R400:=

npás_R400 0.931s

=

npás_R400 8.85 rpm=





108

Dados :

ρóleo_100ºC 852kg

m3:=


:=


Re_R400npás_R400 d2_R400( )2 ρóleo_100ºC

μóleo_100ºC:=



Ppá_R400 Np ρóleo_100ºC npás_R4003 d2_R400( )5:=

Ppá_R400. 1.5 852kg

m32.51

1s

3 1.03 m( )5:=

Ppá_R400 1.18 103 W= => Para 1 agitador

P2pás_R400 1180W 1.52:=

P2pás_R400 1.79 103 W= => Para 2 agitadores

109

A - 4 DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS

A - 4.1 Dimensionamento do Tanque Pulmão B100

O tanque de estocagem do óleo bruto provindo da unidade de extração foi

dimensionado conforme a capacidade produtiva da planta de 91,324 toneladas/dia de óleo de

soja bruto. Este tem o propósito de garantir uma estocagem por um dia como segurança para

eventual parada de processo. De acordo com o anexo, a 25ºC tem-se ρóleo,2 5ºC = 888 kg/m³.

P100

10

B100

Óleo de soja brutoprovindo da unidade

de extração

20

Figura 8 - Visualização do Tanque B100.

O volume do tanque é obtido conforme a expressão abaixo:

Vm tρ

:=

Onde: m = vazão mássica (kg/dia);

ρ = massa específica (kg/m³);t = tempo de estocagem (dia);V = Volume do tanque (m³).

110

Onde:

móleo10 91324kgday

:=

ρóleo10_25ºC 888kg

m3:=

tB100 1day:=

Desta forma, o volume do tanque B100 é de:

VB100móleo10 tB100

ρóleo10_25ºC:=

VB100 102.84 m3=

Utilizando um coeficiente de segurança de 20%.

VTotal_B100VB100

0.8:=

VTotal_B100 128.55 m3=

Conforme catálogo de tanques de armazenamento da JEMP Equipamentos Industriais

(anexo) foi escolhido o tanque de aço inox modelo TA0458, com uma capacidade de 130 m³. O

diâmetro do tanque é de 4.90 metros e uma altura de 7 metros.

111

A – 4.2 Dimensionamento do Misturador Estático V100

O misturador estático V100 está localizado antes do tanque de degomagem, pois irá

usar a energia da corrente de fluxo para criar uma mistura entre o óleo bruto e a água e assim

promover uma melhor homogeneização. O misturador V100 pode ser visualizado na figura 9.

W100

V100Água 1,53

20 30

40

50

Figura 9 - Visualização do Misturador Estático V100.

A massa específica da mistura é a média ponderada das massas específicas dos

componentes que compõem a mistura relacionada à respectiva fração do componente:

ρi,j ρi xi ρj xj+:=

Onde são respectivamente os componentes da mistura. A massa específica de cada

componente é determinada por ρi e ρj (anexo), sendo assim fica implícito que representa a

massa específica da mistura, no qual sua unidade é kg/m³.

i,j

i,j

112

Onde:xóleo50 0.98:=

xágua50 0.02:=


m3:=

ρágua40_25ºC 997.05kg

m3:=

m50 3881.10kghr

:=

Portanto, a massa específica da mistura na corrente50:

ρmistura50 ρóleo30_80ºC xóleo50 ρágua40_25ºC xágua50+:=

ρmistura50 863.72kg

m3=

Desta forma a vazão volumétrica da corrente da corrente 50 é de:

Vv50_V100m50

ρmistura50:=

Vv50_V100 4.49m3

hr=


VTotal_V100Vv50_V100

0.8:=

VTotal_V100 5.62m3

hr=

Conforme catálogo de misturadores estáticos da Wasser Link (anexo) foi escolhido o

misturador modelo INLINE DN25, com uma vazão volumétrica de 5.0 m³/h. O diâmetro do

misturador estático é de 1 polegada, ou seja, 0.03 metros e um comprimento de 0.19 metros.

113

P200

R100

60

50

A - 4.3 Dimensionamento do Reator R100

O reator é o equipamento por onde a mistura água e óleo bruto será mantido à fim de

que os fosfatídeos se hidratem. A figura 10 ilustra o reator R100.

Figura 10 - Visualização do Reator R100.

Após o óleo ser pré-aquecido com o intuito de diminuir sua viscosidade, este sofre um

processo de hidratação em um tanque de agitação sob um tempo de residência de 20 minutos

(MORETTO, 1998) e uma temperatura de 77,8ºC, temperatura de equilíbrio da mistura

óleo/água (corrente 60) definida no balanço de energia.

Para encontrar o volume do reator R100, primeiramente deve-se calcular a massa de

óleo presente relacionando a vazão mássica de óleo com o tempo de residência no reator.

Onde:

tempoR10013

hr:=


:=

ρmistura60 ρmistura50:=

114

Portanto, a massa de óleo na corrente 60 é de:massaóleo60 móleo60 tempoR100:=

massaóleo60 1293.7 kg=

Desta forma o volume do reator R100 é de:

VR100massaóleo60ρmistura60

:=

VR100 1.5 m3=


VTotal_R100VR100

0.8:=

VTotal_R100 1.87 m3=

Conforme catálogo de reatores da JEMP Equipamentos Industriais (anexo) foi

escolhido o reator de aço inox modelo RE0176, com uma capacidade de 1.80 m³ e uma altura

de 1.84 m.

A - 4.3.1 Cálculo das dimensões dos agitadores do R100

As dimensões características que definem o agitador de pás diagonais do reator R100

são o diâmetro e a altura das pás. Para o cálculo dessas dimensões e da determinação do

número de pás, utilizaram-se as seguintes relações dimensionais:

d2d1

0.33:=

h2d2

0.125:=

h3d1

0.3:=

115

h1

d1 1.0:=

Do catálogo do reator (anexo), obtemos as seguintes dimensões:

Diâmetro interno: d1_R100 1.14m:=

Altura: h1_R100 1.84m:=

Com os valores d1 e h1 definidos, são calculadas as relações de dimensões para pás

diagonais do reator R100 através das seguintes equações:

d2_R100 0.33 d1_R100:= d2_R100 0.38 m=

h2_R100 0.125 d2_R100:= h2_R100 0.05 m=

h3_R100 0.3 d1_R100:= h3_R100 0.34 m=

Dentre as relações de dimensões, como parâmetro adota-se que :

h1d1

1.0:=

De acordo com as dimensões do catálogo, a relação:

h1_R100d1_R100

1.61=

Fazendo uma comparação entre os resultados obtidos, parâmetro calculado com o

parâmetro recomendado conclui-se que será necessário mais de uma pá para agitação.

116

Óleo degomado

Goma

S100

60

80

70

A - 4.4 Dimensionamento da Centrífuga S100

A separação da goma presente no óleo vegetal é realizada por meio da centrifugação. A

figura 11 ilustra a centrífuga de discos S100 com eixo vertical.

Figura 11 - Visualização da Centrífuga de Discos S100.

Onde:

móleo60 3881.1kghr=

ρmistura60 863.72kg

m3=

Desta forma, a vazão volumétrica da centrífuga de discos S100 é de:

VvS100móleo60ρmistura60

:=

VvS100 4.49m3

hr=


Vv_TotalS100VvS100

0.8:=

Vv_TotalS100 5.62m3

hr=

Conforme catálogo de centrífugas do Grupo Pieralisi Dedicated Innovators (anexo) foi

escolhido a centrífuga de discos com eixo vertical de aço inoxidável modelo S200 com uma

117

capacidade de 5000 L/h. Suas dimensões são 1.0 metro de comprimento, 0.7 m de largura e 1.2

metro de altura.

A - 4.5 Dimensionamento do bin B200

A bombona B200 é o equipamento destinado para o armazenamento primário do

ácido fosfórico com uma concentração de 85% para que posteriormente seja utilizado na

linha de produção e assim promova a hidratação dos fosfatídeos não-hidratáveis presentes

no óleo.

100

110

P400

B-200

120

Figura 12 - Visualização do Bin B200.

Para o dimensionamento do tanque B200 considerou-se por períodos de abastecimento

do tanque B200 de 5 dias. Sabe-se que a vazão de saída desse tanque é de 11.23 kg/hr

(corrente 110 ) e que a massa especifica do ácido fosfórico a 25ºC é de 1690 kg/m3.

Onde:

tempo_B200 120hr:=

118

mác.fosfórico110 11.23kghr

:=

ρác.fosfórico110_25ºC 1690kg

m3:=

Desta forma, a massa de ácido fosfórico na corrente 110 é de:

massaác.fosfórico110 mác.fosfórico110 tempo_B200:=

massaác.fosfórico110 1347.6 kg=

Portanto, o volume do tanque B200 é de:

VB200massaác.fosfórico110ρác.fosfórico110_25ºC

:=

VB200 0.8 m3=


VTotalVB200

0.8:=

VTotal 1 m3=

Conforme catálogo de container da Emplasul Embalagens Plásticas (anexo) foi

escolhido a bombona de polietileno, com uma capacidade de 1000 litros e com as seguintes

dimensões: altura de 114 cm, comprimento de 120 cm e um diâmetro de 100 cm.

119


O reator é o equipamento por onde a mistura de ácido fosfórico e óleo degomado

aquecido será mantido à fim de que os fosfatídeos não hidratáveis sejam removidos do óleo

degomado. A figura 13 ilustra o reator R200.

120

130

R200


Após o óleo ser pré-aquecido no trocador de placas, este é adicionado num tanque de

agitação sob um tempo de residência de 6 minutos e uma temperatura de 80ºC, temperatura de

equilíbrio da mistura óleo e ácido fosfórico definida no balanço de energia. (MORETTO,

1998).

Em virtude das frações mássicas dos componentes água e ácido fosfórico serem muito

baixas na corrente de entrada do reator (corrente 120), considera-se que a massa específica da

mistura no reator R200 é igual à massa específica do óleo vegetal. Conforme o anexo sabe-se

que a massa específica do óleo a 80ºC é 861 kg/m³.

120

Onde:

tempoR200110

hr:=


:=


m3:=

A massa de óleo na corrente 120 é de:

massaóleo120 móleo120 tempoR200:=


Desta forma, o volume do reator R200 é de:

VR200massaóleo120ρóleo120_80ºC

:=

VR200 0.44 m3=


VTotal_R200VR200

0.8:=



escolhido o reator de aço inox modelo RE0224, com uma capacidade de 500 litros. O diâmetro

do reator é de 0.9 m e uma altura de 0.98 m.

121

A - 4.6.1 Cálculo das dimensões dos agitadores no R200



número de pás, utilizaram-se as seguintes relações dimensionais (anexo):

d2d1

0.33:=

h2.d2

0.125:=

h3.d1

0.3:=

h1

d1 1.0:=



Altura: h1_R200 0.98m:=



d2_R200 0.33 d1_R200:= d2_R200 0.3 m=

h2_R200 0.125 d2_R200:= h2_R200 0.04 m=

h3_R200 0.3 d1_R200:= h3_R200 0.27 m=


h1d1

1.0:=

122


h1_R200d1_R200

1.09=



1,53 Água

140

P500B400

B300

130 150

A - 4.7 Dimensionamento do Tanque para estocagem de soda cáustica B300

O tanque B300 é o equipamento onde a soda cáustica diluída é acondicionada para que

posteriormente se misture com o óleo e assim promova a sua neutralização. O tanque B300 pode

ser visualizado na figura 14.


Para o dimensionamento do tanque B300 considerou-se por períodos de abastecimento

do tanque de 8 horas. Sabe-se que a vazão de saída desse tanque é de 55.01 kg/hr (corrente

140).

A massa específica do hidróxido de sódio diluído a 25ºC é obtida considerando a massa

específica do hidróxido de sódio diluído a 20ºC, sendo igual a 1120.67 kg/m3 (PERRY,2008).

123

Onde:

tempo_B300 8hr:=

mNaOH_140 55.01kghr

:=

ρNaOH140_25ºC 1120.67kg

m3:=

A massa de hidróxido de sódio na corrente 140 é de:

massaNaOH140 mNaOH_140 tempo_B300:=

massaNaOH140 440.08 kg=


VB300massaNaOH140ρNaOH140_25ºC

:=

VB300 0.39 m3=


VTotal_B300VB300

0.8:=

VTotal_B300 0.49 m3=

Conforme catálogo de tanque de armazenagem da JEMP Equipamentos Industriais

(anexo) foi escolhido tanque de aço inox modelo TA0035, com uma capacidade de 500 litros. O

diâmetro do tanque é de 0.78 m e uma altura de 0.96 m.

124


O reator é o equipamento por onde a mistura de hidróxido de sódio e óleo será mantido

a fim de que a reação de neutralização ocorra e para que posteriormente remova-se a borra

presente no óleo. A figura 15 ilustra o reator R300.

160

Óleo neutralizado

150

R300


A mistura óleo e soda cáustica são adicionadas num tanque de agitação sob um tempo

de residência de 15 minutos e uma temperatura de 78.4ºC, temperatura de equilíbrio da mistura

óleo e hidróxido de sódio (corrente 160), definida no balanço de energia. (MORETTO, 1998).

Em virtude das frações mássicas do ácido fosfórico, hidróxido de sódio e da água ser

muito baixa na corrente de entrada do reator R300 (corrente 150), considera-se que a massa

específica da mistura no reator R300 é igual à massa específica do óleo vegetal. Conforme o

anexo sabe-se que a massa específica do óleo a 78.4ºC é de 861.64 kg/m³.

Onde:

tempoR300312

hr:=


:=

125

ρóleo150_78.4ºC 861.64kg

m3:=

A massa de óleo na corrente 150 é de:

massaóleo150 móleo150 tempoR300:=



VR300massaóleo150

ρóleo150_78.4ºC:=

VR300 1.11 m3=


VTotal_R300VR300

0.8:=



escolhido o reator de aço inox modelo RE0174, com uma capacidade de 1400 litros. O

diâmetro do reator é de 1150 mm e uma altura de 1370 mm de altura.




número de pás, utilizaram-se as seguintes relações dimensionais (anexo):

126

d2d1

0.33:=

h2d2

0.125:=

h3d1

0.3:=

h1

d1 1.0:=



Altura: h1_R300 1.37m:=



d2_R300 0.33 d1_R300:= d2_R300 0.38 m=

h2_R300 0.125 d2_R300:= h2_R300 0.05 m=

h3_R300 0.3 d1_R300:= h3_R300 0.35 m=


h1d1

1.0:=


h1_R300d1_R300

1.19=



127


A separação da borra presente no óleo vegetal é realizada por meio da centrifugação. A

figura 16 ilustra a centrífuga de discos S200 com eixo vertical.

Borra

180

190S200

200


Onde:


:=


m3:=

Desta forma, a vazão volumétrica da centrífuga de discos S200 é de:

VvS200móleo180

ρóleo180_80ºC:=

VvS200 4.43m3

hr=


Vv_TotalS200VvS200

0.8:=

Vv_TotalS200 5.53m3

hr=

128

Conforme catálogo de centrífugas do Grupo Pieralisi Dedicated Innovators (anexo) foi

escolhida a centrífuga de discos com eixo vertical de aço inoxidável modelo S200 com uma

capacidade de 5000 L/h. Suas dimensões são 1.0 metro de comprimento, 0.7 m de largura e 1.2

metro de altura.

A - 4.10 Dimensionamento do Misturador Estático V200

O misturador estático V200 irá usar a energia da corrente de fluxo para criar uma

mistura entre o óleo neutralizado e a água e assim promover uma melhor homogeneização. O

misturador V200 pode ser visualizado na figura 17.

220

W400210

Água

1,53

240

V200230

Figura 17 - Visualização do Misturador Estático V200.

A mistura óleo e água no misturador V200 encontram-se sob uma temperatura de 80ºC,

temperatura de equilíbrio da mistura óleo/água (corrente 240) definida no balanço de energia.

Como a fração mássica de água é muito baixa na corrente de saída do misturador V200

(corrente 240), considera-se que a massa específica da mistura nesta corrente é igual à massa

específica do óleo vegetal. Conforme o anexo sabe-se que a massa específica do óleo a 80ºC é

de 861 kg/m³ (PERRY, 2008).

129

Onde:


m3:=


:=

Desta forma a vazão volumétrica da corrente da corrente 240 é de:

Vv240_V200móleo240

ρóleo240_80ºC:=

Vv240_V200 4.31m3

hr=


VTotal_V200Vv240_V200

0.8:=

VTotal_V100 5.62m3

hr=

Conforme catálogo de misturadores estáticos da Wasser Link (anexo) foi escolhido o

misturador modelo INLINE DN25, com uma vazão volumétrica de 5.0 m³/h. O diâmetro do

misturador estático é de 1 polegada, ou seja, 0.03 metros e um comprimento de 0.19 metros.

130


A separação da borra residual presente no óleo neutralizado é realizada por meio da

centrifugação. A figura 18 ilustra a centrífuga de discos S300 com eixo vertical.

250

S300

Óleo neutralizado

Borra residual

270

260


Onde:


:=


mTotal_S300móleo250

0.75:=

mTotal_S300 4946.32kghr=

Conforme catálogo de centrífugas da Alfa Laval (anexo) foi escolhido a centrífuga de

discos com eixo vertical de aço inoxidável modelo SRG 509 com uma capacidade na etapa de

lavagem de 5000 kg/h. Suas dimensões são 1725 mm de altura, 1000 mm de comprimento e

850 mm de largura.

131


O reator é o equipamento por onde a mistura de terra diatomácea e óleo será mantido a

fim de que a reação de clarificação ocorra. A figura 19 ilustra o reator R400.

Vapor

Terra clarificante

300

310

320

B500

R400


O tempo de contato da terra diatomácea com óleo no clarificador é de 20 min

(MORETTO, 1998). Conforme o anexo sabe-se que a massa específica do óleo a 100 ºC é 852

kg/m³.

Para encontrar o volume do reator R400, primeiramente deve-se calcular a massa de

óleo presente relacionando a vazão mássica de óleo com o tempo de residência no reator,

assim como é necessário obter a massa específica da mistura.

Onde:

tempoR400515

hr:=

132


:=


m3:=

A massa de óleo na corrente 300 é de:massaóleo300 móleo300 tempoR400:=



VR400massaóleo300ρóleo300_100ºC

:=

VR400 1.43 m3=


VTotal_R400VR400

0.8:=



escolhido o reator de aço inox modelo RE0176, com uma capacidade de 1800 litros. O

diâmetro do reator é de 1140 mm e uma altura de 1840 mm.


Foi considerado que serão utilizadas pás diagonais para agitação do reator R400, no

entanto é necessário calcular o número de pás para a agitação no qual é definido através das

seguintes relações de dimensões (anexo):

d2d1

0.90:=

133

h2d2

1.0:=

sd2

0.5:=

h1

d1 1.0:=



Altura: h1_R400 1.84m:=

Com os valores d1 e h1 definidos, são calculadas as relações de dimensões

para pás diagonais através das seguintes equações:

d2_R400 0.90 d1_R400:= d2_R400 1.03 m=

h2_R400 1.0 d2_R400:= h2_R400 1.03 m=

sR400 0.5 d2_R400:= sR400 0.51 m=


h1d1

1.0:=


h1_R400d1_R400

1.61=


parâmetro recomendado conclui-se que será necessária mais de uma pá para agitação.

134

A - 4.13 Dimensionamento do Silo B500

O silo B500 é o equipamento onde a terra diatomácea é acondicionada para que

posteriormente se misture com o óleo e assim ocorra a clarificação do óleo. O silo B500 pode

ser visualizado na figura 20.

Terra clarificante310

B500

Figura 20 - Visualização do Silo B500.

Para o dimensionamento do silo B500, considerou-se um abastecimento por turno de

8h. Considerando que a vazão de saída desse silo é de 36.54 kg/hr (corrente 310) e a massa

específica da terra diatomácea é de 330 kg/m3 (anexo).

Onde:

tempoB500 8hr:=

mterradiatomácea_310 36.54kghr

:=

ρterradiatomácea_310 330kg

m3:=

O silo B500 foi d imensionado para um determinado tempo de abastecimento, em que

nesse caso para encontrar o volume primeiramente deve-se calcular a massa de terra

diatomácea presente:

massaterradiatomácea_310 mterradiatomácea_310 tempoB500:=

massaterradiatomácea_310 292.32 kg=

135

Desta forma o volume do silo B500 é de:

VB500massaterradiatomácea_310ρterradiatomácea_310

:=

VB500 0.89 m3=


VTotal_B500VB500

0.8:=


A - 4.14 Dimensionamento dos Filtros F100 e F200

Instalou-se dois filtros prensas para otimização desta etapa do processo, pois quando

um está realizando a limpeza o outro está operando, e vice-versa. Os filtros F100 e F200

podem ser visualizados na figura 21.

136

320

330

F200 F100

E100

Figura 21 - Visualização dos Filtros F100 e F200.

Considera-se que a massa específica da terra diatomácea é de 330 kg/m³ (anexo) e a

massa específica do óleo a 100ºC é de 852 kg/m³. A torta (corrente 330) contém 21.93 kg de

óleo e 36.54 kg de terra diatomácea.

Onde:

mterra_330 36.54kghr

:=

móleo_330 21.93kghr

:=

ρterra_330 330kg

m3:=


m3:=

Desta forma, a vazão volumétrica de terra e óleo na corrente 330 é de:

Vv_terra330mterra_330ρterra_330

:=

Vv_terra330 0.11m3

hr=

137

Vv_óleo330móleo_330

ρóleo330_100ºC:=

Vv_óleo330 0.03m3

hr=

Logo, Vv_torta330 Vv_óleo330 Vv_terra330+:=

Vv_torta330 0.14m3

hr=

Portanto, a fração de terra e óleo na corrente 330 é de:

%terra330Vv_terra330

Vv_terra330 Vv_óleo330+100:=

%terra330 81.14= %

%óleo330Vv_óleo330

Vv_terra330 Vv_óleo330+100:=

%óleo330 18.86= %

Por meio dos dados obtidos é possível encontrar a massa específica da torta, segundo a

expressão abaixo:

ρterra vterra Aterra ρóleo vóleo Aóleo+ ρtorta vtorta Atorta:=

Como: Vv v A:= v

ρterra330 Vv_terra330 ρóleo330_100ºC Vv_óleo330+ ρtorta330 Vv_torta330:=

ρtorta330ρterra_330 Vv_terra330 ρóleo330_100ºC Vv_óleo330+

Vv_torta330:=

ρtorta330 428.46kg

m3=

138

De acordo com informações de processo o tempo de filtração é de 1 hora, devido a

viscosidade do fluido e ao baixo teor de sólidos. De acordo com o balanço de massa para o

filtro, tem-se:

Onde:

massa330 58.46kg:=

ρtorta330 428.46kg

m3=

Determina-se o volume de torta filtrado, como sendo:

Vtorta330massa330ρtorta330

:=

Vtorta330 0.14 m3=

Conforme o catálogo de filtro da LFC Lochem BV (anexo) foi escolhido o filtro

MVDCD 780, para um volume de torta de 0.14 m³ tem-se uma área de filtração de 5.6 m² e o

volume do tanque do filtro é de 0.52 m³.

A - 4.15 Dimensionamento da Caçamba E100

139

A caçamba E100 é utilizada para coletar a torta após a passagem pelo filtro. Considera-

se um carregamento por dia para cada caçamba. Esta pode ser visualizada na figura 22.

330

E100

Figura 22 - Visualização da Caçamba E100.

Onde:tempoE100 24hr:=

m330 58.46kghr

:=

ρtorta330 428.46kg

m3=

A massa de óleo e terra na corrente 330 é de:massa330. m330 tempoE100:=

massa330. 1403.04 kg=

140

Desta forma o volume da caçamba E100 é de:

VE100massa330.ρtorta330

:=

VE100 3.27 m3=


VTotal_E100VE100

0.8:=

VTotal_E100 4.09 m3=

A - 4.16 Dimensionamento do Tanque B600

Para o tanque de estocagem de óleo clarificado, considera-se um carregamento por

semana. De acordo com o anexo, a massa específica do óleo a 100ºC é de 852 kg/m³.

Óleo clarificado350

340

B600


Onde:tB600 168hr:=

m340 3631.81kgday

:=


m3:=

141


VB600m340 tB600

ρóleo340_100ºC:=

VB600 29.84 m3=


VTotal_B600VB600

0.8:=


Conforme catálogo de tanques de armazenamento da CV Series (anexo) foi escolhido o

tanque de aço inox modelo CV-7500, com uma capacidade de 32.8 m³. O diâmetro do tanque é

de 3.05m e uma altura de 4.24m.

142

A - 5 DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES

A determinação do diâmetro das tubulações depende em muito de alguns

parâmetros como velocidades máximas e mínimas recomendadas, perdas de carga devido

aos componentes, tais como válvulas e bombas hidráulicas e critérios econômicos que são

favorecidos para as linhas que apresentam o menor diâmetro possível.

Ao se dimensionar as linhas de sucção e recalque, levou-se em conta principalmente

se o parâmetro de perda de carga obtido estava coerente ao aceitável para aquela velocidade

econômica considerada, pois este parâmetro nas linhas de sucção e recalque pode originar

perda de capacidade da bomba e assim causar o aparecimento de cavitação no rotor e, por

conseguinte a perda desta bomba.

Utilizou-se como ferramenta de cálculo o software mathcad, neste programa o

ponto é interpretado como vírgula e hr significa a unidade de tempo em horas.

A - 5.1 Dimensionamento da Tubulação da corrente 285

A corrente 285 é composto por óleo neutralizado, sendo assim para o

dimensionamento da tubulação utiliza-se a vazão volumétrica desta corrente que pode ser

determinada conforme a equação abaixo. A massa específica do óleo vegetal a temperatura

de 80ºC é obtida do anexo.

Vvmρ

:= (Eq. 9)

Onde:

m = vazão mássica (kg/h);

ρ = massa específica (kg/m³);

Vv = Vazão volumétrica do tanque (m³/h).

143

Dados:


:=


m3:=

Sendo assim, para a tubulação da corrente 285:

Vv285móleo285

ρóleo285_80ºC:=

Vv285 1.179 10 3-

m3

s=

De acordo com o anexo, a faixa de velocidade recomendada para sucção de bombas

quando se trabalha com líquido de processo insaturado que é o caso do óleo de soja, em

geral é de 0.5-2.0 m/s. Inicialmente escolhe-se uma velocidade de 0.5 m/s e o diâmetro

teórico da tubulação é calculado.

DT4 Vv

π vr:= (Eq. 10)

Onde:

Vv = vazão volumétrica do óleo vegetal (m³/h);

vr = velocidade recomendada para o óleo vegetal (m/s);

DT = diâmetro teórico da tubulação (m).

Dados:

Vv285 1.179 10 3-

m3

s=

vr_óleo 0.5ms

:=

144

Portanto, o diâmetro teórico da tubulação é de:

DT_2854 Vv285

π vr_óleo:=

ouDT_285 0.05479 m=

DT_285 2.157 in=

Com o diâmetro teórico calculado, utiliza-se a tabela de diâmetro nominal das

tubulações (anexo), e encontra-se o diâmetro nominal superior ao diâmetro teórico

encontrado. Desta forma o diâmetro nominal da tubulação é:

ouDN 2.5in:= DN 0.0635 m=

Na mesma tabela (anexo), através do diâmetro nominal obtido é encontrado o

diâmetro interno da tubulação de Schedule 40.

Onde:

ϕexterno285 73.03mm:=

espessua40S_285 5.14mm:=

Desta forma o diâmetro interno da tubulação é:

Di285 ϕexterno285 espessua40S_285-:=

Di285 0.06789 m=

Com o diâmetro interno da tubulação determinado, é calculado a velocidade real

através da seguinte equação:

Vr2854 Vv285

π Di285( )2:= (Eq. 11)

Portanto, a velocidade real é de:

Vr285 0.3256ms

=

145

Em seguida é calculado o número de Reynolds.

Onde:


m3=

μóleo285_80ºC 0.009088kgm s

:=

Re285Di285 Vr285 ρóleo285_80ºC( )

μóleo285_80ºC:=

Re285 2094.45= , considerado Regime Laminar para Re < 2300

Para calcular o fator de atrito de Fanning em regime laminar, utiliza-se a seguinte

equação:

f28516

Re285:=

f285 7.639 10 3-=

Calcula-se a perda de carga para 100 metros de tubulação, para posteriormente ser

comparado com a tabela se está dentro da faixa aceitável. Sendo assim, se a perda de carga

for menor que o valor máximo permitido, a velocidade utilizada nos cálculos é admissível,

caso contrário, é necessário refazer os cálculos com uma velocidade diferente.

A perda de carga para 100 metros de tubulação pode ser calculada conforme a

equação

Onde:

L 100m:=

f285 7.639 10 3-=

Vr285 0.326ms

=

Di285 0.068 m=

146

ΔP100_2852 f285 Vr285( )2 ρóleo285_80ºC( ) L

Di285:= (Eq. 12)

Portanto, a perda de carga para 100 metros é de:

ΔP100_285 2.055 103 Pa=

ΔP100_285 0.021 bar=

Conforme a tabela das faixas de velocidade recomendadas (anexo), a perda de carga

máxima para 100 metros de tubulação na sucção de bombas para líquidos não saturados é

de 0.1 bar. Deste modo, a perda de carga calculada esta abaixo do limite permitido.

Portanto, as especificações da tubulação 285 são as seguintes:

DN = 63.5 mm

Schedule = 40

Material = aço carbono


A corrente 290 é composto por óleo neutralizado, sendo assim para o

dimensionamento da tubulação utiliza-se a vazão volumétrica desta corrente que pode ser

determinada conforme a equação abaixo. O óleo neutralizado apresenta uma temperatura de

80ºC.

De acordo com o anexo, a faixa de velocidade recomendada para descarga de

bombas quando se trabalha com líquido de processo insaturado que é o caso do óleo de

soja, em geral é de 1.0-3.0 m/s. Inicialmente escolhe-se uma velocidade de 2.0 m/s e o

diâmetro teórico da tubulação é calculado.

147

Dados:

Vv290 Vv285:=

vr_óleo 2ms

:=

Portanto, o diâmetro teórico da tubulação é de:

DT_2904 Vv290

π vr_óleo:=

DT_290 0.02739 m=

DT_290 1.079 in=

Com o diâmetro teórico calculado, utiliza-se a tabela de diâmetro nominal das

tubulações (anexo), e encontra-se o diâmetro nominal superior ao diâmetro teórico

encontrado. Desta forma o diâmetro nominal da tubulação é:

DN 1.25in:= DN 0.03175 m=

Na mesma tabela (anexo), através do diâmetro nominal obtido é encontrado o

diâmetro interno da tubulação de Schedule 40.

Onde:

ϕexterno290 42.16mm:=

espessua40S_290 3.56mm:=

Desta forma o diâmetro interno da tubulação é:

Di290 ϕexterno290 espessua40S_290-:=

Di290 0.0386 m=

148

Com o diâmetro interno da tubulação determinado, é calculado a velocidade real

através da equação 11:

Vr2904 Vv290

π Di290( )2:=

Portanto, a velocidade real é de:

Vr290 1.0073ms

=

Em seguida é calculado o número de Reynolds.

Onde:ρóleo290_80ºC 861

kg

m3:=

μóleo290_80ºC 0.009088kgm s

:=

Re290Di290 Vr290 ρóleo290_80ºC( )

μóleo290_80ºC:=

Re290 3683.74= , considerado Regime Turbulento para Re > 2300

Para calcular o fator de atrito de Fanning em regime turbulento, utiliza-se a equação

de Hoger e poiseuille quando 2500 < Re < 100000.

f2900.07911

Re290( )0.25:=

f290 0.01=

Calcula-se a perda de carga para 100 metros de tubulação, para posteriormente ser

comparado com a tabela se está dentro da faixa aceitável. Sendo assim, se a perda de carga

for menor que o valor máximo permitido, a velocidade utilizada nos cálculos é admissível,

caso contrário, é necessário refazer os cálculos com uma velocidade diferente.

149

A perda de carga para 100 metros de tubulação pode ser calculada conforme a

equação 12:

Onde:L 100m:=

f290 0.01=

Vr290 1.007ms

=

Di290 0.039 m=

ΔP100_2902 f290 Vr290( )2 ρóleo290_80ºC( ) L

Di290:=

Portanto, a perda de carga para 100 metros é de:

ΔP100_290 4.597 104 Pa=

ΔP100_290 0.46 bar=

Conforme a tabela das faixas de velocidade recomendadas (anexo), a faixa de perda

de carga máxima para 100 metros de tubulação na sucção de bombas para líquidos não

saturados é de 0.23-0.7bar. Deste modo, a perda de carga calculada esta de acordo com a

faixa permitida. Portanto, as especificações da tubulação 290 são as seguintes:

DN = 31.75 mm

Schedule = 40

Material = aço carbono


Esta tubulação contém a mesma composição da corrente anterior e a viscosidade do

se altera muito pouco para as tubulações 290 e 300. Deste modo as especificações desta

tubulação será a mesma da tubulação 290.

150

APÊNDICE B

LISTA DE EQUIPAMENTOS

151

Apêndice B – Lista de Equipamentos

TAG DESCRIÇÃO OBSERVAÇÃO B100 Tanque de Estocagem para Óleo

Bruto D = 4,9m

Material: Aço Inox H = 7m Volume: 130m³

B200 Bin de Estocagem para ácido fosfórico 85% concentrado

D = 1m

Material: Polietileno H = 1,14m Volume: 1 m³

B300 Tanque de Estocagem para soda cáustica diluída

D = 0,78m

Material: Aço Inox H = 0,96m Volume: 0,5 m³

B400 Tanque de Estocagem para Soda caústica a 50%

D = ?

Material: Polietileno H = ? Volume: 1,11m³

B500 Silo de Estocagem para Terra de clarificação

D = ?

Material: Aço Carbono H = ? Volume: 1,11m³

B600 Tanque de Estocagem para Óleo Clarificado

D = 3,05m

Material: Aço Inox H = 4,24m Volume: 32,8 m³

P100 Bomba Centrífuga Q = 4,28m³/h Material: aço inox 304



P400 Bomba Centrífuga Q = ? Material: aço inox 304

P500 Bomba Centrífuga Q = ? Material: aço inox 304




P850

Bomba Centrífuga

Q = 4,31m³/h

Material: aço inox 304 P900 Bomba Centrífuga Q = 4,28m³/h

Material: aço inox 304

152


W100 Trocador de Calor de Placas A = 0,65m² Material: aço inox 304




V100 Misturador Estático D = 0,03m Material: aço inox 304 L = 0,19m

Q = 5m³/h V200 Misturador Estático D = 0,03m

Material: aço inox 304 L = 0,19m Q = 5m³/h

R100 Tanque de Degomagem D = 1,14m Material: aço inox H = 1,84m Volume: 1,87m³

R200 Tanque de Neutralização D = 0,9m Material: aço inox H = 0,98m Volume: 0,5m³

R300 Tanque de Neutralização D = 1,15m Material: aço inox H = 1,37m Volume: 1,4m³

R400 Tanque de Clarificação D = 1,14m Material: aço inox H = 1,84m Volume: 1,8m³

S100 Centrífuga de Discos Q = 5m³/h Material: aço inox H = 1,2m



T100 Secador à Vácuo V = ? E100 Caçamba para Descarga V = 4,09m³ F100 Filtro Prensa A = 5,6m²

V = 0,52m³ F200 Filtro Prensa A = 5,6m²

V = 0,52m³

153

APÊNDICE C

LISTA DE INSTRUMENTOS

154

Apêndice C – Lista de Instrumentos

TAG QUANTIDADE DESCRIÇÃO OBSERVAÇÃO

F - 1000 1 Controlador de vazão com alarme



T - 1000 1 Indicador de temperatura K - 1000 1 Controlador de dosagem de

terra

L - 1000 1 Indicador de nível com alarme

L - 1010 1 Indicador de nível com alarme

VE 3 Válvula esfera VB 10 Válvula borboleta

155

APÊNDICE D

LISTA DE UTILIDADES

156

As utilidades referentes ao projeto estão apresentadas a seguir:

- Água de mistura

T = 25ºC;

Capacidade: 76.1kg/h.

- Vapor

T = 125 ºC;

Capacidade: 180kg/h.

- Água de aquecimento

T = 95ºC;

Capacidade: 9,09kg/h.

157

APÊNDICE E

FLUXOGRAMA DE PROCESSO, DIAGRAMA T+I E LAYOUT

P100

W100

V100

P200

Óleo degom

ado

Gom

a

10

R100

S100

B100

Óleo de soja bruto

provindo da unidadede extração

108.1

Entrada devapor

Saída decondensado

Água

1,53

2030 40

60

8070

50

Em

presa:

Projeto:

FUR

B - U

NIV

ER

SID

AD

E R

EGIO

NAL D

E BLUM

ENAU

26/06/2012

Unidade deProdução

Supervisor:

Projeto:

Data:

RA

QU

EL PAN

SERA

ED

ELB

ER

TO LU

IZ REIN

EHR

Escala:S

EM

ES

CALA

Desenho:

FLUX

OG

RA

MA

DE PR

OC

ESSOE

TAP

A 01 - D

EGO

MAG

EM

PRO

DU

ÇÃ

O D

E ÓLEO

DE SO

JA C

LAR

IFICA

DO

Denom

inação:

01 de 04

1/4

B100

Tanque Pulm

ãoV

: 130 m³

Material: A

ço inox 304P

e: 0 bar

W

100Trocador de C

alorA

: 0,32 m²

V

100M

isturador Estático

Q: 5 m

³/hM

aterial: Aço inoxidável

R100

Reator

V: 1,8 m

³M


S100

Centrígua de disco

Q: 5 m

³/hM

aterial:

P100

Bom

ba centrífugaQ

: 4,28m³/h

Material: A

ço inox 304

P200

Bom

ba centrífugaQ

: 4,49m³/h

Material: A

ço inox 304

kWCorrentes

LEGEN

DA

kg/h

117,8

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTPR

OD

UC

ED B

Y A

N A

UTO

DES

K E

DU

CA

TIO

NA

L PR

OD

UC

TPRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT

PRO

DU

CED

BY A

N A

UTO

DESK

EDU

CA

TION

AL PR

OD

UC

T

kWCorrentes

LEGEN

DA

kg/h

Em

presa:

Projeto:

FUR

B - U

NIV

ER

SID

AD

E R

EGIO

NAL D

E BLUM

ENAU

26/06/2012


Supervisor:

Projeto:

Data:

RA

QU

EL PAN

SERA

ED

ELB

ER

TO LU

IZ REIN

EHR

Escala:S

EM

ES

CALA

Desenho:

FLUX

OG

RA

MA

DE PR

OC

ESSOE

TAP

A 02 - N

EU

TRALIZAÇ

ÃO

PRO

DU

ÇÃ

O D

E ÓLEO

DE SO

JA C

LAR

IFICA

DO

Denom

inação:

02 de 04

2/4

100

110

P300

P400

W200

B-200

Óleo degom

ado90

1,53Á

gua140

B400

B300

P600

160

150

Óleo neutralizado

120130 R

200R

300

B200

Bin

V: 1 m

³M

aterial:

B300

Tanque para estocagemde N

aOH

diluídoV

: 0,5m³

Material: aço inox

B400

BinR

200R

eatorV

: 0,5 m³

Material: aço inox

R300

Reator

V: 1,4 m

³M

aterial: aço inox

W200

Trocador de calorA

: 0,02 m²

P300

Bom

ba centrífugaQ

: 4,33m³/h


P400

Bom

ba dosadoraQ

:M

aterial: aço inox 304

P500

Bom

ba dosadoraQ

:M


P600

Bom

ba centrífugaQ

: 4,42m³/h


4,63

Entrada devapor

Saída decondensado

7,61


OD

UC

ED B

Y A

N A

UTO

DES

K E

DU

CA

TIO

NA

L PR

OD

UC


PRO

DU

CED

BY A

N A

UTO

DESK

EDU

CA

TION

AL PR

OD

UC

T

kWCorrentes

LEGEN

DA

kg/h

Em

presa:

Projeto:

FUR

B - U

NIV

ER

SID

AD

E R

EGIO

NAL D

E BLUM

ENAU

26/06/2012


Supervisor:

Projeto:

Data:

RA

QU

EL PAN

SERA

ED

ELB

ER

TO LU

IZ REIN

EHR

Escala:S

EM

ES

CALA

Desenho:

FLUX

OG

RA

MA

DE PR

OC

ESSOE

TAP

A 02 - N

EU

TRALIZAÇ

ÃO

PRO

DU

ÇÃ

O D

E ÓLEO

DE SO

JA C

LAR

IFICA

DO

Denom

inação:

03 de 04

3/4

200

P700

W300

Óleo neutralizado

160170

Borra

180

190

S200

220

P800

210Água 1,53

240P850

V200

250

S300

Óleo neutralizado

285

230

Água

275

280

S200

Centrígua de disco

Q: 5m

³/hM

aterial:

S300

Centrígua de disco

Q: 5m

³/hM

aterial:

W300

Trocador de calorA

: 0,02 m²

P700

Bom

ba centrífugaQ

:M


P800

Bom

ba dosadoraQ

: 4,42m³/h


P850

Bom

ba dosadoraQ

: 4,31m³/h


V

200M

isturador Estático

Q: 5m

³/hM


T100

270

Borra residual

260

P800T100

Secador à vácuo

3,64

Entrada devapor

Saída decondensado

5,99


OD

UC

ED B

Y A

N A

UTO

DES

K E

DU

CA

TIO

NA

L PR

OD

UC


PRO

DU

CED

BY A

N A

UTO

DESK

EDU

CA

TION

AL PR

OD

UC

T

kWCorrentes

LEGEN

DA

kg/h

Em

presa:Projeto:

FUR

B - U

NIV

ER

SID

AD

E R

EG

ION

AL D

E B

LUM

EN

AU

26/06/2012


Supervisor:

Projeto:

Data:

RA

QU

EL P

AN

SE

RA

ED

ELB

ER

TO LU

IZ RE

INE

HR

Escala:S

EM

ES

CA

LAD

esenho:

FLUX

OG

RA

MA

DE

PR

OC

ES

SO

ETA

PA

03 - CLA

RIFIC

AÇ

ÃO

PRO

DU

ÇÃ

O D

E ÓLEO

DE SO

JA C

LAR

IFICA

DO

Denom

inação:

04 de 04

4/4

Vapor

Óleo neutralizado

Terra clarificante

290300

310

320

330

W400

B500

R400

F200 F100

E100P

900P

950

R400

Reator

V: 1,8m

³M


W400

Trocador de calorA

: 0,02m²

E100

Caçam

baV

: 4,09m³

Material: aço carbono

P900

Bom

ba centrífugaQ

: 4,28m³/h


P950

Bom

ba centrífugaQ

: 4,29m³/h


B500

Silo Pulm

ãoV

: 1,11m³

Material:

B600

Tanque Pulmão

V: 32,8 m

³M

aterial:

F100Filtro PrensaV

: 0,52m³

Material: aço inox

F200

Filtro PrensaV

: 0,52m³

Material: aço inox

3,46

Entrada devapor

Saída decondensado

B600

340

5,7


OD

UC

ED B

Y A

N A

UTO

DES

K E

DU

CA

TIO

NA

L PR

OD

UC


PRO

DU

CED

BY A

N A

UTO

DESK

EDU

CA

TION

AL PR

OD

UC

T

Em

presa:FU

RB

- UN

IVE

RS

IDA

DE

REG

ION

AL DE BLU

MEN

AU

26/06/2012

Supervisor:

Projeto:

Data:

RA

QU

EL PAN

SERA

ED

ELB

ER

TO LU

IZ REIN

EHR

Escala:S

EM

ES

CALA

DIA

GR

AM

A T + I

Denom

inação:

Vapor

Óleo neutralizado

Terra clarificante

W400

B500

R400

F200 F100

B600

E100

P900

P950

Entrada devapor

Saída decondensado

VEVE

M

VB

VBVB

VE

VB

VB

VB

VB

VB

VB

FIF1000

TICT1000

FICA

F1010+-

LISL1000 +-

KS

K1000

VB

LIAL1010 +

63.5/10 AC

262C31.75/10 A

C 262C

31.75/10 AC 262C

F - 1000

Controlador de Vazão

Com

alarme

F - 1010


Com

alarme

K -1000

Controlador de tem

po

T - 1000

Indicador de Temperatura

L -1000

Indicador de Nível

L -1010

Indicador de Nível

FIF1020

F - 1020


Com

alarme

FURB


OD

UC

ED B

Y A

N A

UTO

DES

K E

DU

CA

TIO

NA

L PR

OD

UC


PRO

DU

CED

BY A

N A

UTO

DESK

EDU

CA

TION

AL PR

OD

UC

T

B100

R100

LAB

OR

AT

ÓR

IO

SA

LA D

E D

ES

CA

RG

A DE TER

RA

SA

LA D

E C

ON

TRO

LE

B200

B400

B600

B 300

W100

R200

R300

W200

S100

S200

W300

S300

T100

W400

R400

F100

F200

WC

RE

CE

PÇ

ÃO

RH

SA

LA D

E R

EUN

IÕES

DIR

ET

OR

IA

GE

RÊ

NC

IA

RE

FEITÓ

RIO

E100

SE

TOR

AD

MIN

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700

1400

700

700

1400

2285

715

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515

693

Em

presa:FU

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26/06/2012

Supervisor:

Projeto:

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T

164

ANEXO

CATÁLOGOS DE FABRICANTE

168

http://www.environmental-expert.com/downloads/centrifugal-separators-for-industrial-use-

brochure-212541

170

http://www.scielo.br/pdf/ce/v49n309/15747.pdf

171

TABELA DE CONCENTRAÇÕES DE GRAUS BAOMÉ (Bé)

⁰Be Kg NaOH/

100 kg solução

Densidade (kg/m³)

1 0,61 1007 2 1,20 1014 3 2,00 1022 4 2,71 1029 5 3,35 1036 6 4,00 1045 7 4,64 1052 8 5,29 1060 9 5,87 1067

10 6,57 1075 11 7,31 1083 12 8,00 1091 13 8,68 1100 14 9,50 1108 15 10,06 1116 16 11,07 1125 17 11,84 1134 18 12,68 1142 19 13,55 1152 20 14,36 1162 21 15,13 1171 22 15,09 1180 23 16,77 1190 24 17,87 1200 25 18,58 1210 26 19,70 1220 27 20,59 1231 28 21,58 1241 29 22,64 1252 30 23,50 1263 31 24,81 1274 32 25,80 1284 33 26,83 1297 34 27,80 1308 35 28,83 1320 36 29,93 1332 37 31,22 1345 38 32,47 1357 39 33,69 1370 40 34,96 1383 41 36,25 1397 42 37,47 1410 43 38,8 1424

172

44 39,99 1438 45 41,41 1453 46 42,83 1468 47 44,36 1483 48 46,15 1498 49 47,60 1514 50 49,02 1530

PRODUÇÃO DE ÓLEO DE SOJA CLARIFICADO

Documents

Transcript of PRODUÇÃO DE ÓLEO DE SOJA CLARIFICADO