Treinamento Hidratado e Anidro Especial Fevereiro 2006

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- Engenharia de Processos Industriais e Comércio Ltda.

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PRODUÇÃO DE ÁLCOOL HIDRATADO ESPECIAL

ÍNDICE

01 - CONCEITOS BÁSICOS

02 - PRODUTOS

03 - MATÉRIA PRIMA

03.01 - INFLUÊNCIA DA MATÉRIA PRIMA NO PROCESSO

04 - PRODUÇÃO DE ÁLCOOL HIDRATADO ESPECIAL

04.01 - EPURAÇÃO DE VINHO / CONCENTRAÇÃO DE CABEÇAS

04.02 - ESGOTAMENTO DE VINHO

04.03 - RETIFICAÇÃO DA FLEGMA

- 04.03.01 - EXTRAÇÃO DE ÓLEO FÚSEL

04.04 - ESGOTAMENTO DA FLEGMA

04.05 - REPASSE DO ÁLCOOL

05 - DESIDRATAÇÃO

05.01 - CONCEITOS BÁSICOS

05.02 - DESIDRATAÇÃO COM O USO DE CICLOHEXANO

05.03 - DESIDRATAÇÃO EXTRATIVA (MODELO BSM)

06 - PRINCIPAIS CONTAMINANTES

07 - ANEXOS





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01 – CONCEITOS BÁSICOS

Destilação é uma operação unitária de separação que se baseia nas diferenças de volatilidadedos componentes de uma mistura líquida a serem separados e adota como meios coexistentes, asfases vapor e líquido em temperaturas e pressões essencialmente iguais.

Dispositivos, denominados pratos ou bandejas, são usados para provocar o contato íntimoentre as duas fases, levando para o topo da coluna a fase mais volátil.

TEMPERATURA DE EBULIÇÃO, PONTO DE BOLHA, E COMPOSIÇÃO DE EQUILÍBRIODiferente de um líquido puro, uma solução líquida (por exemplo água+álcool) não ferve

numa única temperatura, sob pressão constante.No caso de um líquido puro o ponto de bolha e o ponto de orvalho coincidem com o ponto de

ebulição. Em uma solução binária o ponto de orvalho e o ponto de bolha são funções da

composição.

Aquecendo-se uma substância líquida pura, numa determinada pressão, sua temperaturaaumentará até que a mesma comece a mudar de fase, ou seja, passar da fase líquida para a fasevapor. Após o início da ebulição, a temperatura se estabiliza até que todo o líquido tenhapassado para a fase vapor. A essa temperatura damos o nome de Temperatura de Ebulição.Temperaturas de ebulição de algumas substâncias puras:

Água 100°CEtanol 78,30°CCiclo hexano 80,71°CMono Etileno Glicol 197,6°C

Esses pontos de ebulição referem-se à pressão atmosférica. Caso a pressão seja diferente daatmosférica, o ponto de ebulição para um mesmo líquido se altera, por exemplo:- A água entra em ebulição a 100°C na pressão atmosférica, (ao nível do mar).- Em uma caldeira, dentro dos balões, onde a pressão é de 21 Kg/cm², a temperatura de

ebulição é de 230°C.- Caso essa mesma água estivesse em um balão sob vácuo de 0,16 ATA, a temperatura de

ebulição seria de 55°C

Quando o líquido a ser evaporado não for uma substancia pura, e sim uma solução como,por exemplo, água e álcool, o ponto de ebulição (que neste caso é chamado de Ponto de

Bolha), é alterado em função da porcentagem que cada componente tem na mistura, além de

depender da pressão, por exemplo:Uma mistura com 10% peso de etanol entra em ebulição à pressão atmosférica com 92,63°CUma mistura com 20% peso de etanol entra em ebulição à pressão atmosférica com 88,32°C

Ao se aquecer uma mistura líquida homogênea até a ebulição, as bolhas de vapor produzidasserão mais ricas nos componentes mais voláteis e, portanto, o líquido remanescente terácomposição diferente da mistura original.

Se considerarmos uma mistura líquida água+álcool, com 10°GL, e analisarmos a composiçãodo vapor gerado deste líquido, vamos verificar que essa é diferente da composição do líquidogerador.





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Para um líquido de 10°GL, o vapor gerado terá 51°GL, a essas composições chamamos deComposições de Equilíbrio entre o líquido e o vapor. Abaixo indicamos alguns valores de

temperatura de ebulição (ponto de bolha), e composições de equilíbrio, de misturas água+álcool.

°GL LÍQUIDO PONTO BOLHA °C °GL VAPOR °GL LÍQUIDO PONTO BOLHA °C °GL VAPOR

0,0 100,00 * 0,00 10,0 92,63 51,001,0 99,00 9,90 20,0 88,38 66,202,0 98,56 17,70 50,0 82,81 74,953,0 97,32 25,20 70,0 80,80 81,854,0 96,54 31,25 80,0 79,90 86,495,0 95,81 35,75 90,0 79,10 91,808,0 93,80 45,50 95,0 78,35 95,35

♦ Como nesse caso a substancia é pura, chamamos de temperatura de ebulição.

02 - PRODUTOS

Álcool líquido incolor, de cheiro agradável (quando puro) e penetrante, é miscível à água emqualquer proporção, podendo ser:- Álcool hidratado combustível utilizado como combustível- Álcool anidro combustível utilizado em mistura com a gasolina para ser

empregado como combustível.- Álcool hidratado especial utilizado como agente desinfetante, como solvente, e

como matéria prima para outras indústrias.

- Álcool hidratado neutro utilizado na produção de bebidas e produtosfarmacêuticos.

Por meio dos processos de destilação e retificação, o produto final obtido é sempre umamistura hidroalcoólica, cuja pureza depende do processo de retificação utilizado. Sob o ponto devista da riqueza alcoólica, esta mistura nunca excede a 97,5°GL, mesmo que submetida arepetidas destilações, ou seja atingimos o ponto de azeótropo da mistura cuja temperatura deebulição é menor que cada uma dos líquidos puros, sendo:

Temperatura de ebulição da água, (pura) - 100°CTemperatura de ebulição do etanol, (puro) - 78,35°CTemperatura da mistura etanol+água 97,5°GL (azeótropo) - 78,15°C

Para que possamos retirar o resto da água contida nesta mistura, desidratando-a e, portanto,transformando-a em álcool absoluto, é necessário introduzir no processo normal de destilação umnovo composto que permita separar a mistura azeotrópica, alterando a sua composição. Adesidratação pode ser feita utilizando a adição de ciclo-hexano formando um novo azeótropo, oEtileno Glicol no processo de destilação extrativa, ou através de adsorção com zeólitas ou seja aPeneira Molecular.





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03 - MATÉRIA PRIMA

A matéria prima vinho, resultante da centrifugação do mosto fermentado, possui em suacomposição, componentes de natureza líquida, sólida e gasosa, podendo estes, variarem emfunção da origem do mosto, (Melaço ou Caldo), ou de seu tratamento (direto da moenda, ouclarificado) e principalmente de sua qualidade. Durante o processo de fermentação poderãoocorrer fermentações secundarias, com maior ou menor intensidade em função das condiçõesoferecidas para a fermentação, como assepsia, controle da temperatura, quantidade de sulfitos,tempo de espera antes da centrifugação, etc.Sua composição mais representativa é:

De natureza líquida Água, com maior predominânciaÁlcool, que varia entre 6 e 10% em volume

De natureza sólida Levedura

BagacilhoSais dissolvidosDe natureza gasosa CO2 (gás carbônico)

Ar

03.01 - INFLUÊNCIA DA MATÉRIA PRIMA NO PROCESSO

Em função da origem, do seu grau de tratamento, da qualidade da fermentação, e do seu graualcoólico, o vinho poderá influenciar na condução da planta nos seguintes pontos:

NO ESGOTAMENTO: Os vinhos com teores alcóolicos mais elevados, são mais fáceis de serem esgotados,

necessitando de menos vapor, gerando flegmas mais ricas, que irão beneficiar a colunaretificadora.

NO TEOR DE SÓLIDOS:Os vinhos sem tratamento levam consigo uma grande quantidade de sólidos. Em função do

tipo de bandeja, e de sua forma de projeto, esses sólidos poderão se depositar com mais oumenos facilidade nas zonas de menor turbulência, necessitando de limpezas periódicas comfreqüência.

NA INCRUSTAÇÃO:

Os vinhos oriundos de melaço levam consigo sais dissolvidos, como sais de cálcio, magnésio,etc. Em função da quantidade, e da temperatura, estes sais podem se precipitar, incrustando-senas paredes dos borbulhadores, nas bandejas e no corpo, necessitando de limpeza periódica,química ou até mecânica.

NA QUALIDADE:Em função do tratamento, da origem e das condições oferecidas para a fermentação, o vinho

poderá ter diferentes quantidades de outros produtos (secundários).Como nosso objetivo é obter etanol, podemos considerar secundários quaisquer outros

produtos que se originem no processo fermentativo, tais como:





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- Gás carbônico- Álcoois superiores

- Glicerina- Aldeído acético- Ácido acético- Ácido butírico- Cetonas- Gás sulfídrico- Furfurol- Aldeídos- Ésteres- Outros

04 - PRODUÇÃO DE ÁLCOOL HIDRATADO ESPECIAL

As unidades de destilação de álcool hidratado poderiam ser compostas por duas colunas(zonas), a que fica abaixo do ponto de alimentação de vinho, que chamamos de zona deesgotamento, (coluna A), e a que fica acima da alimentação que chamamos de retificação,(coluna B). Para dar qualidade ao produto “álcool hidratado especial”, principalmenteinfluenciado pela qualidade do vinho alimentado, outras colunas foram introduzidas nosprocessos, que são:

- Coluna de epuração de vinho “A1” - Coluna de concentração de cabeças “D” - Coluna de esgotamento de flegma “B1”.- Coluna demetiladora “CM” A seguir faremos a descrição de cada área do processo indicando sua função e necessidades

operacionais, assim divididas:- Epuração de vinho e concentração de cabeças, colunas “A1 e D” - Esgotamento de vinho, coluna “A” - Retificação da flegma, coluna “B” - Esgotamento da flegma, coluna “B1” - Demetilação, coluna “CM”

04 01 - EPURAÇÃO DO VINHO (COLUNA A1) E CONCENTRAÇÃO DE CABEÇAS “D”.

A coluna de epuração de vinho é destinada a separar as impurezas de cabeça, os gasesincondensáveis, alem de complementar o aquecimento do vinho.Dos gases podemos enumerar:

- CO2 gás carbônico- SO2 acidez sulfurosa- SO3 acidez sulfúrica

Das cabeças podemos enumerar:- acetaldeido- acetato de etila- Acidez acética





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Nas unidades que usam apenas caldo tratado como matéria prima e que produzem álcoolhidratado combustível, a coluna de epuração de vinho “A1” poderia ser conectada direto aos

condensadores “R e R1”, a degasagem ocorreria na trombeta do condensador “R1” e toda amassa condensada nos condensadores “R e R1” seria enviada para a região inferior da colunaretificadora “B”, sem a extração de álcool de segunda.

Para a produção de álcool de boa qualidade, nós não recomendamos que o processo tenhaapenas a coluna epuradora, mas que seja equipado também com a coluna de concentração decabeças “D”. A coluna “D” é necessária pois:

- Faz a concentração da flegma vinda da coluna epuradora de maneira que no topo tenha omínimo possível de etanol e que na flegma que sai pelo fundo e que vai para acoluna “B” tenha o mínimo de produtos de cabeças

- Reduz a quantidade de extração de álcool de segunda.- Seleciona alguns dos contaminantes por ser mais fácil sua extração quando em

concentrações de alto grau

Na operação, parte da flegma gerada na coluna de esgotamento de vinho “A” passa através dacoluna de epuração “A1”, fazendo o aquecimento complementar no vinho, e arrastando consigoos produtos indesejáveis como cabeças e parte também dos álcoois superiores. Toda essa massavai para a coluna de concentração de cabeças “D”, para ser concentrada facilitando a extraçãodos leves, permitindo que os gases sejam extraídos do processo através da trombeta docondensador “R1”, no caso dos superiores a maior parte sairá na flegma pelo fundo da colunaindo para a coluna retificadora “B”.

A quantidade de flegma que passa através da coluna epuradora influencia na qualidade daepuração do vinho. Cada aparelho tem a sua limitação, podemos dizer que a abertura da válvulaque permite a passagem de vapor da coluna “A1” para a coluna “D” deve ser limitada de acordocom os seguintes pontos:

- Arraste de vinho da coluna “A1” para a coluna “D”.- Perdas excessivas na trombeta do condensador “R1”, influenciada pela capacidade ou

instalação dos condensadores “R e R1”.- Inundação da coluna “D”.O ajuste no volume de água dos condensadores “R e R1” deve ser feito de maneira que o

condensador “R” opere quente e o condensador “R1” opere tíbio, como informação e não comoregra. Quando da produção de álcool de boa qualidade a temperatura na garrafa de degasagemdo condensador “R1” fica em ±45°C

A quantidade de extração de álcool de segunda depende da qualidade da matéria prima, ouseja, quanto de contaminantes é alimentado no processo, e que produto queremos produzir.

OBS. É DE VITAL IMPORTÂNCIA QUE TODO O ÁLCOOL DE SEGUNDA EXTRAÍDO DO PROCESSONÃO RETORNE PARA A DORNA VOLANTE QUE IRÁ ALIMENTAR O PRÓPRIO APARELHO.

04.02 - ESGOTAMENTO DO VINHO (COLUNA “A”)

Após o vinho ter passado pelo pré-aquecedor “E”, pelo aquecedor “K” e pela coluna “A1”, eleé alimentado na ultima bandeja da coluna “A”, desce em direção a base, tendo em contracorrente o vapor que foi alimentado abaixo da primeira bandeja. O vapor ao passar pelasbandejas extrai o álcool contido no vinho, saindo no topo em forma de flegma, e o vinho quecaminhou em sentido contrário, chega na base praticamente isento de álcool, tendo seu nome

alterado para vinhaça.





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Dos vapores de flegma que chegam ao topo da coluna “A”, uma pequena parte é desviadapara alimentar a coluna de epuração de vinho “A1”, e o restante irá alimentar a coluna de

retificação “B” onde serão concentrados.A coluna “A” tem como principal ponto de controle operacional, a temperatura da ultima

bandeja (ou seja, onde o vinho começa ser esgotado). Esta temperatura é influenciada poralguns fatores, como:- Grau alcoólico do vinho- Grau alcoólico da vinhaça (perdas)- Pressão de operação no topo da coluna. (esta pressão é conseqüência da perda de carga ao

longo da coluna retificadora “B”, somada da perda de carga dos condensadores “E, E1, E2”).A má operação da coluna de esgotamento de vinho “A”, provoca perdas excessivas de álcool

pela vinhaça. As causas para essas perdas podem ser:- Excesso de vinho

- Volume de vapor inadequado ao volume de vinho alimentado, não fornecendo energiasuficiente para o bom esgotamento- Produções além do limite da coluna- Variações na pressão na rede de vapor- Bandejas sujas, prejudicando a distribuição do vapor que ocorre de forma não uniforme.- Alimentar vinho com temperatura muito baixa, sendo a recomendada em torno de 90°C, e

isso ocorre quando o “E” ou o “K” estão sujos.

04.03 - RETIFICAÇÃO DA FLEGMA (COLUNA B)

Seu objetivo é concentrar a flegma na fase vapor, que sai da coluna “A” que está a ± 50°GL, atéque atinja a concentração exigida pela especificação do álcool hidratado a ser produzido.

A alimentação desta coluna é na fase vapor, este ao atravessar as bandejas entra em contatocom o líquido alimentado no topo da coluna (refluxo) e ao longo deste trajeto o vapor vaiadquirindo concentrações cada vez mais elevadas de álcool. O vapor alcoólico que sai pelo topoda coluna é totalmente condensado nos condensadores “E, E1 e E2”, sendo que parte retornapara a coluna, garantindo a fase liquida que irá descer pelos vertedouros das bandejas (refluxo) eparte será extraído como álcool de segunda. O produto (álcool hidratado) será extraído na regiãodo topo direto da bandeja, preferencialmente na tomada inferior.

A condensação dos vapores alcoólicos que saem pelo topo da retificadora ocorre em três ouquatro condensadores, (“E, E1, E2, E3”), ou seja, fazemos uma condensação fracionada. Paraque isso seja mais eficiente a instalação do condensador “E3” é fundamental, sendo os produtos

de menor ponto de ebulição condensados no ultimo condensador e, portanto, mais concentrados,reduzindo com isso o volume total de cabeças extraídos do processo.OBS. É DE VITAL IMPORTÂNCIA QUE TODO O ÁLCOOL DE SEGUNDA EXTRAÍDO DO PROCESSO

NÃO RETORNE PARA A DORNA VOLANTE QUE IRÁ ALIMENTAR O PRÓPRIO APARELHO.

Como controle operacional, essa coluna possui apenas a necessidade de se manter as cargasinternas de álcool, que é controlada pela temperatura da bandeja de carga, normalmente aquarta bandeja da base para o topo, por ser essa a região mais sensível. A temperatura ideal detrabalho será definida durante a operação, tendo como parâmetro o grau alcoólico do produto,como referência podemos dizer que esta temperatura normalmente opera entre 90 e 94°C.





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A coluna “B”, normalmente é equipada com duas tomadas para a extração de álcool hidratado,recomendamos que seja utilizada a tomada inferior que dará ao produto melhor qualidade,

principalmente se a matéria prima for o melaço.Opcionalmente, podemos fazer um teste fazendo a extração através da tomada superior, caso

a qualidade do álcool atenda as exigências, a mesma poderá ser utilizada.Embora os álcoois mais pesados como amílico, isoamílico, etc.,tenham temperatura de

ebulição maior que a água, eles se tornam mais voláteis em soluções alcoólicas diluídas porapresentarem coeficientes de atividade bem elevados, e com isso são evaporados juntamente

com a flegma que sai da coluna “A”. Conforme a concentração alcoólica aumenta os álcooismais pesados apresentam menor volatilidade, passando a fazer parte da fase líquida econcentrando-se em uma região definida, que chamamos de região de óleo fúsel.

A extração destes álcoois é vital para o bom andamento do processo, e podemos classificá-losem três grupos, sendo:

Óleo fúsel baixo que se localiza na região inferior da coluna retificadora “B”, na qual aconcentração alcoólica do meio está entre 40 e 55°GL.Óleo fúsel alto que se localiza na região acima do óleo fúsel baixo, na qual a concentração

alcoólica do meio está entre 60 e 75°GL.

04.03.01 - EXTRAÇÃO DE ÓLEO FÚSEL

Para a sua localização e extração, a coluna é equipada com várias tomadas. Na região inferiorda coluna retificadora, extraímos o óleo fúsel baixo, a mistura é resfriada e enviada para odecantador, onde é lavado. No decantador temos duas saídas, a de óleo fúsel baixo que deve serenviado para o tanque para ser comercializado, e a da água de lavagem contaminada com álcoolque também deve ser extraída do processo e não deve retornar para a dorna volante do próprioaparelho.

Na região acima do óleo baixo, temos o óleo alto que também deve ser extraído do processo enão deve retornar para a dorna volante do próprio aparelho.

A localização do óleo fúsel baixo é facilitada se a coluna estiver equipada com tomadas deamostra em cada bandeja onde estão instaladas as tomadas de extração, com o uso de umaproveta de 100ml, tomamos uma amostra de 50ml e completamos os 50ml faltantes com água,imediatamente o óleo irá formar uma camada na superfície da mistura, após verificar todas astomadas podemos escolher para extrair a que tiver mais óleo. É importante observar nestemomento qual a temperatura da bandeja de referência de carga da coluna, isso permitirá aooperador localizar o óleo tendo como referência a temperatura de operação.

OBS. A zona de óleo fúsel irá se movimentar para cima ou para baixo em função do graualcoólico da região, isso pode ser identificado pela mudança da temperatura da bandejade referência e caso isso ocorra o operador deverá refazer as amostras para escolher novamente a bandeja ideal para a extração de óleo fúsel baixo.Para a localização do óleo fúsel alto, a melhor solução é fazer amostras de cada tomadae fazer cromatografia para verificar em qual delas temos maior quantidade de óleo alto,não esquecendo de fazer também a referência com a tomada de extração de óleo fúsel baixo e a temperatura da bandeja de referência de carga.

OBS. É DE VITAL IMPORTÂNCIA QUE TODOS OS ÁLCOOIS SUPERIORES EXTRAÍDOS DOPROCESSO E AS ÁGUAS DE LAVAGEM DE ÓLEO FÚSEL, NÃO RETORNEM PARA A DORNA

VOLANTE QUE IRÁ ALIMENTAR O PRÓPRIO APARELHO.





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04.04 - ESGOTAMENTO DE FLEGMA (COLUNA B1)

A coluna “B1” tem como função o esgotamento do álcool contido na flegma, seu controle éfeito em função da perda de álcool que sai pela base juntamente com a flegmaça. Para issocontrolamos a temperatura da primeira bandeja administrando a pressão da base.

É importante lembrar que a pressão da base da coluna “B1” influencia na performance dacoluna de esgotamento de vinho “A”. Normalmente esta pressão fica entre 0,5 a 1,0 m.c.a.menor que a pressão da coluna “A”, caso a pressão da base da coluna “B1” estiver próxima dapressão da base da coluna “A” haverá dificuldade da flegma alcoólica ser liberada pela coluna “A” permitindo que chegue na base e aumentando as perdas de álcool na vinhaça.

04.05 – REPASSE DO ÁLCOOL (COLUNA DEMETILADORA - CM)

A coluna de repasse age sobre o álcool concentrado efetuando o complemento de suaepuração, separando principalmente o metanol além de resíduos de impurezas de cabeça e dealgumas impurezas híbridas. Seu aquecimento é através de um reboiler, saindo pelo fundo oálcool hidratado especial e no topo o metanol juntamente com outros produtos de cabeças.

OBS. É DE VITAL IMPORTÂNCIA QUE TODO O ÁLCOOL DE SEGUNDA EXTRAÍDO DO PROCESSONÃO RETORNE PARA A DORNA VOLANTE QUE IRÁ ALIMENTAR O PRÓPRIO APARELHO.

CONTROLE DA ACIDEZ

Caso após todo o processo de limpeza do álcool, ele ainda tenha pH acima do valor exigido,podemos fazer a injeção de soda na coluna retificadora “B”. Recomendamos que a injeção seja nabandeja 30, ou seja, 9/10 bandejas abaixo do ponto de extração do álcool hidratado, isso paraas colunas com 43 bandejas.

05 - DESIDRATAÇÃO

05.01 - CONCEITOS BÁSICOS

Como já dissemos anteriormente, o álcool hidratado pode chegar através de destilação simplesa no máximo 97,5°GL. Nesta concentração a mistura água-álcool atinge seu ponto de azeótropo,

ou seja, a concentração alcoólica dos vapores gerados é igual à concentração alcoólica do liquido,isso porque nesta concentração o ponto de ebulição é menor que o da água ou do álcool isolados.

Temperatura de ebulição da água, (pura) - 100°CTemperatura de ebulição do etanol, (puro) - 78,35°CTemperatura da mistura etanol água 97,5°GL (azeótropo) - 78,15°C

Para elevarmos a concentração alcoólica próxima à absoluta temos algumas opções, como:- O uso de uma substância que forme um azeótropo ternário no qual o ponto de ebulição seja

menor que qualquer um dos produtos puros isolados e que na fase liquida se separe em duascamadas (ciclo hexano).





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- O uso de uma substância que não permita a formação do azeótropo, ou seja, a destilaçãoextrativa, com o uso do Mono Etileno Glicol (processo BSM)

- O uso de peneiras moleculares, neste processo se utiliza sólidos porosos denominados zeólitasque em função de sua estrutura porosa aprisionam as moléculas de água, purificando o álcool.

A formação do azeótropo ternário exige que a porcentagem de cada componente seja em tornodos valores indicados abaixo, para que quando na fase liquida, essa mistura se separe em duasfases, permitindo com isso que através da camada inferior (decantado pesado) se extraia a águaexcedente do processo.

Composição teórica do azeótropo ternário existente na zona do topo da coluna “C”:- Álcool 24,43%- Água 6,20%

- ciclo 69,37%

05.02 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO – DESIDRATAÇÃO COM O USO DE CICLO-HEXANO

O álcool hidratado alimentado na coluna “C”, se junta com parte do ciclo hexano existente naregião, formando o ternário, este por ter ponto de ebulição mais baixo, se evapora, saindo pelotopo da coluna para ser condensado nos condensadores “H e H1”. Deste condensado parte édesviado para o decantador, e o restante retorna para a coluna “C” como refluxo.

Internamente na coluna “C”, logo abaixo da zona do ternário, se forma a zona do binário,composta por álcool e ciclo hexano, esse binário (álcool / ciclo hexano) possui ponto de ebuliçãomais baixo que o do álcool puro, permitindo com isso também sua evaporação, chegando na baseapenas o álcool anidro.

O líquido ternário que alimenta o decantador se separa em duas fases, a leve, compostabasicamente por ciclo hexano que retorna para a coluna “C” e a fase pesada, que leva consigo aágua que desejamos extrair do processo, que é alimentada na coluna “P”.

A coluna “P” tem como objetivo, neste processo recuperar todo o ciclo hexano que estápresente na fase pesada do decantador.

No topo da coluna “P” também acorre a formação de um ternário, porém este não necessitater composição que o permita ser decantável, com isso podemos mudar o perfil da coluna demaneira que nos assegure que não chegue no topo água em excesso e que o ciclo-hexano nãochegue na base. No modelo convencional a temperatura da bandeja 03 deve ser no mínimo de

85°C, e no modelo AniTec 103°C, a diferença entre os modelos é:

Modelo convencional:A mistura álcool / água desce para a base da coluna “P”, de onde é encaminhada paraa coluna “B/B1” na qual a água será esgotada e o álcool concentrado. Este modelotem como inconveniente que esta massa ocupa lugar na coluna retificadora “B” prejudicando sua capacidade.

Modelo AniTec, com esgotamento na coluna “P”:Apenas a água desce para a base da coluna “P”, saindo como flegmaça.

PONTO DE EBULIÇÃO DOTERNÁRIO 62,89°C





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A carga de ciclo hexano na coluna “C”, é controlada pelas temperaturas das bandejas 14 e 31,que possuem como filosofia:

Temperaturas acima do indicado ⇒ indicam falta de ciclo hexano na colunaTemperaturas abaixo do indicado ⇒ indicam excesso de ciclo hexano na coluna

As perdas de ciclo hexano pela base da coluna “C”, são controladas pelas temperaturas dasbandejas 4 e 8, que possuem como filosofia:

Temperaturas acima do indicado ⇒ indicam MENORES chances de perdas de ciclo-hexano pela base

Temperaturas abaixo do indicado ⇒ indicam MAIORES chances de perdas de ciclohexano pela base.

A descrição acima tanto pode ser considerada para a obtenção de álcool anidro padrão ANP ou

padrão Copersucar A1 ou A2. Para a produção dos álcoois padrão Copersucar, recomendamos asseguintes considerações:- Que o grau alcoólico do anidro seja mais elevado 99,8°INPM, para a manutenção do grau

elevado recomendamos: Que o grau do álcool hidratado alimentado seja elevado, se possível 93,4°INPM. Reduzir a capacidade de produção da planta. Cuidado na operação da planta.

- Garantia de baixo teor de ciclo-hexano no anidro, isso se obtém com controle rigoroso natemperatura da região inferior da coluna “C”, bandeja 04 com no mínimo 84°C.

- Qualidade do álcool hidratado dentro de padrões elevados, ou seja, mantendo a mesmafilosofia usada na produção do álcool hidratado especial.

Como neste caso a coluna de repasse será usada como coluna desidratadora, o ideal serámodificar a coluna retificadora “B” aumentando seu número de bandejas, isso para aumentara zona de pasteurização, ou seja, o número de bandejas entre a extração do hidratado e otopo da coluna.

05.03 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO EXTRATIVA - MODELO BSM

No caso do processo de destilação extrativa, emprega-se um terceiro componente, tambémdenominado solvente ou agente extrativo, cuja função é reduzir a volatilidade da água,permitindo concentrar o etanol na fase vapor até teores de água muito baixos, de acordo com o

exigido pela legislação para álcool anidro. Em função de suas fortes interações atrativas com aágua, o etileno-glicol reduz substancialmente a volatilidade desta substância em uma ação típicade compostos higroscópicos.

O solvente é alimentado na região próxima ao topo da coluna desidratadora T-301 “C” e, porapresentar volatilidade bem baixa nas condições de operação da coluna, ele se mantém quaseintegralmente na fase líquida, escoando em direção ao fundo da coluna. A mistura etanol-água éalimentada na região intermediária da coluna T-301 as bandejas situadas entre estas duasalimentações tem-se como objetivo eliminar progressivamente as pequenas quantidades de águapresentes no etanol que se evapora, retendo-a na fase líquida pelo efeito exercido pelo glicol,sobre sua volatilidade. Nas bandejas situadas abaixo da alimentação de álcool hidratado, oobjetivo é reduzir ao máximo a concentração de etanol na fase líquida, de forma que o produto

de fundo contenha basicamente o solvente e água.





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O produto de fundo é enviado para a coluna regeneradora T-401 “R”, na qual o solvente épurificado, atingindo concentrações muito baixas de água e recuperando sua capacidade de

desidratação, de forma a ser realimentado à coluna desidratadora.O produto de topo da coluna “R” é composto principalmente pela água retirada do álcool

hidratado, mas pode conter pequenos teores de álcool. Por segurança e comodidade retornamosesta mistura para a dorna volante, para que este se junte ao vinho a destilar e realimentenovamente a planta de álcool hidratado.

Como o solvente tem baixa volatilidade e elevado ponto de ebulição, a temperatura deoperação da base de cada uma das duas colunas é elevada, exigindo a utilização de vapor de altapressão 10 Kgf/cm2 como fonte de aquecimento, o processo ainda necessita de uma pequenaquantidade de vapor (com pressão mínima de 0,7kg/cm²), para a vaporização do álcoolhidratado, onde a soma de todo o vapor consumido é de 0,65Kg/litro de álcool.

A descrição acima tanto pode ser considerada para a obtenção de álcool anidro padrão ANP oupadrão Copersucar A1 ou A2. Para a produção dos padrões Copersucar recomendamos asseguintes considerações:

- Que o grau alcoólico do anidro seja mais elevado 99,8°INPM, para a manutenção do grauelevado recomendamos: Reduzir a capacidade de produção da planta. Cuidado na operação da planta.

- Garantia de que não haja arraste de glicol para o álcool anidro, para isso basta manter umcontrole rigoroso nas temperaturas das regiões de carga e de topo da coluna T-301.

- Qualidade do álcool hidratado dentro de padrões elevados, ou seja, mantendo a mesmafilosofia usada na produção do álcool hidratado especial.O processo de destilação extrativa também exige que o álcool hidratado alimentado tenhaboa qualidade, caso tenhamos elevado índice de acidez sulfúrica, ela ira reagir com omonoetileno glicol produzindo o dietileno glicol, que por sua vez, poderá produzir a dioxana,um dos contaminantes indesejados no álcool anidro para outros fins que não o combustível.

- O monitoramento da planta de polimento de glicol, é de fundamental importância para aqualidade final do álcool anidro. Só ela é capaz de evitar a degradação do glicol emsubstâncias indesejáveis





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06 - CONTAMINANTES

Acetaldeido:Ponto de Ebulição 21°CFormação forma-se na fermentação nas etapas intermediarias do ciclo da

produção do etanolOnde se localiza no processo produto de cabeça, encontrado em maior quantidade no

condensador “R1”, e em menor quantidade nos condensadores “E3” e “H2”

Como extraí-lo garantir uma boa degasagem nos condensadores de guarda “R1,E3 e H2”, e extrair cabeças destes mesmos condensadores, dandoprioridade ao “R1”

Acetona:Ponto de Ebulição 56,5°CFormação oriunda na fermentação, principalmente de mostos a partir de

melaço através da reação do álcool Isopropílico.Onde se localiza no processo produto de cabeça, encontrado em maior quantidade no

condensador “H2”, e em menor quantidade nos condensadores “E3” e “R1”

Como extraí-lo extraindo cabeças do condensador “H2”

Acetato de etila (Ester):Ponto de Ebulição 77°CFormação oriundo da fermentação, produzido pela reação do ácido acético e

o etanol.Onde se localiza no processo produto de cabeça, encontrado em maior quantidade no

condensador “R1” e “H2”, e em menor quantidade no condensador “E3”

Como extraí-lo extraindo cabeças nos condensador “R1” e “H2”

Acetal:Ponto de Ebulição 102,7°C

Formação pela reação do acetaldeido e etanol, porém, na presença de umácido pode se romper transformando-se novamente no aldeído eetanol.

Onde se localiza no processo produto de cabeça em altas concentrações alcoólicas, (produto decauda em baixas concentrações) encontrado em maior quantidadenos condensadores “R1, H e H2”, e em menor quantidade nocondensador “E3”

Como extraí-lo extraindo cabeças nos condensador “R1, H, H1 e H2”





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Metanol:Ponto de Ebulição 64,7°C

Formação Forma-se devido à presença de compostos de pectina no processode fermentação. Os valores podem ser aumentados caso seprocesse cana verde. Durante o amadurecimento da cana parteda pectina se transforma em ácido petico, que é solúvel em águaperdendo a capacidade de formação do metanol.

Onde se localiza no processo no topo da coluna de repasse (demetiladora) “CM” Como extraí-lo extraindo cabeças nos condensadores “H, H1 e H2”

Álcool amilico:Ponto de Ebulição 138°C

Formação durante o processo de fermentação.Onde se localiza no processo entre as bandejas 2 e 8 na coluna retificadora “B” Como extraí-lo localizar entre as bandejas B2 a B8 onde se encontra em mais

quantidade, extraí-lo como Óleo Fúsel Baixo para o decantador.

Álcool Isoamilico: *Ponto de Ebulição 132°CFormação durante o processo de fermentaçãoOnde se localiza no processo entre as bandejas 2 e 8 na coluna retificadora “B”, na região do

Óleo Fúsel Baixo.Como extraí-lo localizar entre as bandejas B2 a B8 onde se encontra em maior


n-Butanol:Ponto de Ebulição 118°CFormação durante o processo de fermentação.Onde se localiza no processo entre as bandejas 2 e 8 na coluna retificadora “B”, na região do



Isobutanol: *Ponto de Ebulição 107,9°CFormação durante o processo de fermentação.Onde se localiza no processo entre as bandejas 2 e 8 na coluna retificadora “B”, na região do







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n-Propanol: *Ponto de Ebulição 97,2°C

Formação pela decomposição de células de levedura, no processo defermentação.

Onde se localiza no processo entre as bandejas 2 e 8 na coluna retificadora “B”, na região doóleo fúsel baixo.

Como extraí-lo localizar entre as bandejas B2 a B8 onde se encontra em maiorquantidade, extraí-lo como Óleo Fúsel Baixo para o decantador.

Isopropanol:Ponto de Ebulição 82,5°CFormação durante o processo de fermentação.

Onde se localiza no processo entre as bandejas 6 e 12 na coluna retificadora “B” na região doóleo fúsel alto.Como extraí-lo localizar entre as bandejas B6 a B12 onde se encontra em maior

quantidade, extraí-lo como óleo fúsel alto.

Crotonaldeido:Ponto de Ebulição 104°CFormação resulta da combinação de duas moléculas de aldeído acético.Onde se localiza no processo no topo das colunas de concentração de cabeças”D”, retificadora

“B” e demetiladora “CM”.Como extraí-lo extrair cabeças através dos condensadores “R1, E3 e H2”

Acidez:Expressa em acido acético, indica a quantidade de impurezas que dão caráter ácido ao álcool.

A sulfitação do caldo de cana como clarificante, resulta em melaços com teores elevados desulfito SO3

--. O mosto sulfitado pode comprometer seriamente o desenvolvimento da fermentaçãoalcoólica devido a sua ação no metabolismo da levedura, e é tanto mais tóxico quanto menor opH do meio. O sulfito faz a levedura produzir mais ácido acético e como agravante na presençade calor, se oxida aumentando a acidez do álcool. O sulfito também pode ser benéfico nafermentação, quando esta tem contaminações elevadas reduzindo a infecção.

Como extraí-la Verificar na fermentação o nível de infecção e tomar as devidas providênciaspara a correção.Verificar no mosto o teor de sulfito, valores acima de 50ppm começam a afetar aacidez do álcool, acima de 100ppm afetam o rendimento da fermentação.Corrija a injeção de soda na coluna retificadora, na quantidade ou coloque umabandeja acima. Na Usina Iracema nós obtivemos a melhor resposta quandopassamos a injetar soda na bandeja 30 da coluna “B” Garantir uma boa degasagem nos condensadores de guarda “R1, E3 e H2”, paraa eliminação dos gases (principalmente os oriundos da sulfitação SO2)dissolvidos e extrair cabeças destes mesmos condensadores, dando prioridade

ao “R1”





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Condutividade elétrica:Informa de modo quantitativo a presença de íons, como traços de sais minerais e substancias

orgânicas ionizadas.Caso o nível esteja acima do especificado 500µS/m:

Verificar a injeção de soda, quanto à quantidade injetada, a concentração, ou em quebandeja esta sendo alimentada, caso possível, passe para a bandeja de baixo.

Verificar o nível de degasagem e de extração dos contaminantes nos condensadores.

Resíduo fixo:Mede a quantidade de substâncias pesadas presentes no álcool que não são evaporadas

quando o álcool é submetido a evaporação a 105°C

Teste de Barbet:A reação de Barbet é o teste que indica qualitativamente a presença de impurezas oxidantes

na mistura hidroalcoólica mediante comparação de cor com solução padrão.O teste baseia-se na redução de uma solução diluída de permanganato de potássio por

impurezas orgânicas, as quais são facilmente oxidadas. A reação de permanganato é fortementeinfluenciada pela presença de aldeídos no álcool.

Ciclo Hexano:Produto utilizado como sequestrante na desidratação, não deve estar presente no álcool

hidratado especial, ou em quantidade limite de 400ppm no álcool anidro padrão A1.Como eliminá-lo quando da produção do hidratado especial:

Caso estiver produzindo simultaneamente o hidratado especial e o anidro, com plantado modelo convencional, o produto de base da coluna “P” não deverá retornar paracoluna retificadora “B” do aparelho que esta produzindo hidratado especial.

Caso estiver produzindo simultaneamente o hidratado especial e o anidro, o desvio doálcool anidro de baixo grau não deve ser para o tanque de medição ou pulmão dehidratado especial, ou ainda fazer o retorno para a dorna volante do vinho que iráalimentar o aparelho de hidratado especial.

Caso estiver produzindo álcool anidro e o limite de ciclo-hexano estiver acima do

permitido, verifique as temperaturas da bandeja 14 e 4, que devem estar abaixo dorecomendado.

1,4 Dioxano:Ponto de Ebulição 101°CFormação no processo de desidratação do tipo destilação extrativa, resultado

da reação do glicol na presença de elevada acidez sulfúricaalimentada no processo juntamente com o álcool hidratado.

Onde se localiza no processo no topo da coluna desidratadora T-301Como extraí-lo não permitindo sua formação, garantindo a qualidade do álcool

hidratado alimentado.





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cuidando da unidade de polimento do glicol em circulação, paraque esteja com os valores de acidez dentro do especificado pelofabricante, de forma a evitar a reação de formação do dioxano.

Mono Etileno Glicol:Ponto de Ebulição 197,6°C

Produto utilizado como seqüestrante na desidratação por destilação extrativa, no modelo BSM,não deve estar presente no álcool hidratado especial, ou em quantidade acima do limite de1mg/litro, no padrão A1.Como eliminá-lo quando da produção do hidratado especial:

Caso estiver produzindo simultaneamente o hidratado especial e o anidro, com a plantaBSM, o retorno das águas residuais extraídas da coluna “R” não deverá retornar para adorna volante do vinho que ira alimentar o aparelho de hidratado especial.

Caso estiver produzindo simultaneamente o hidratado especial e anidro, o desvio doálcool anidro de baixo grau não deve ser para o tanque de medição ou pulmão dehidratado especial, ou ainda, fazer o retorno para a dorna volante do vinho que iráalimentar o aparelho de hidratado especial.

Dietileno Glicol:Ponto de Ebulição 246°C

O processo de destilação extrativa exige que o álcool hidratado alimentado tenha boaqualidade, caso tenha índices de acidez sulfúrica elevados, poderão ocorrer reações com omonoetileno glicol produzindo o dietileno glicol.

Como extraí-lo não permitindo sua formação, garantindo a qualidade do álcoolhidratado alimentado.cuidando da unidade de polimento do glicol em circulação, paraque esteja com os valores de acidez dentro do especificado pelofabricante.Evitar arraste na coluna “C”.

Valter Felipe Sicchieri

Maria Fatima Marquini

16-02-2006





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ANEXOS





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ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DOS CONDENSADORES

GRÁFICO DE PERDAS TEÓRICAS NAS DEGASAGENS

REFLUXOCOLUNA B

VAPOR ALCOOLICO

VINHO PARAAQUECEDOR K

TI TI

TI

TI

E1

E2

E

V I N H O

A S

A I

A S

A I ÁLCOOL 2°

REFLUXOCOLUNA B

VAPOR ALCOOLICO

VINHO PARAAQUECEDOR K

TI

TI TI

TI

TI

TI

TI

TI

E1

E2

E

V I N H O

A S

A I

A S

A I ÁLCOOL 2°

C O N S U M O D E V A P O R N A C O L U N A "A" E M F U N Ç Ã O D O E S G O T A M E N T OP A R A D I F E R E N T E S ( º G L ) N A A L I M E N T A Ç Ã O

1

2

3

4

5

6

7

0,000 0,001 0,002 0 ,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020

ºG L D A V I N H A Ç A

C

O N S

U M O

D E

V A

P O R

E

M

K G /

L

Á L

5,0 ºGL

6,0 ºGL

7,0 ºGL

8,0 ºGL

9,0 ºGL

COLUNA C OM

20 BANDEJAS

2,56kg/L

2,12kg/L

1,82kg/L





20/21 .

F L U X O G R A M A

Á L C O O L H I D R A T A D O E

S P E C I A L





21/21 .

FLUXOGRAMA DESIDRATAÇÃO MODELO CONVENCIONAL

FLUXOGRAMA DESIDRATAÇÃO MODELO AniTec

CB

DECAN.L

PCV

PCV PCV

P

LCVFLEGMA

VAPOR

FLEGMAÇA

ÁLC. ANIDRO

ALC. HIDRAT.

E E1

E2

H

H1

PCV

I

I1

COND.

PESADO

L E V E

RECUPERADO

T E R N Á R I O

ALC. HIDRATADO

FLEGMAÇA

CB

DECAN.L

PCV

PCV

PCV

P

LCVFLEGMA

VAPOR

ÁLC. ANIDRO

ALC. HIDRAT.

E E1

E2

H

H1

PCV

I

I1

COND.

PESADO

L E V E

RECUPERADO

T E R N Á R I O

ALC. HIDRATADO

RECICLO

FLEGMAÇA

Treinamento Hidratado e Anidro Especial Fevereiro 2006

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