Igor_Mendes_e_Lucas_Castro_TCC_2014_2

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Universidade Federal de Alfenas 
 
 
 
 
Igor Gustavo Paína Cardozo 
Lucas de Oliveira Sousa Castro 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto de um Processo Piloto para extração de 
cafeína 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Poços de Caldas / MG 
2014 
 
 
 
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 Igor Gustavo Paína Cardozo 
Lucas de Oliveira Sousa Castro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto de um Processo Piloto para extração de 
cafeína 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Poços de Caldas / MG 
2014 
 
Dissertação apresentada como 
parte dos requisitos para conclusão 
do curso e obtenção do título 
Bacharel em Engenharia Química 
pela Universidade Federal de 
Alfenas. 
Orientador: Prof.Dr Leandro Lodi 
Coorientador: Prof.Dr Rafael Perna 
 
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Dedicamos a Deus, a nossos 
pais, irmãos e amigos pelo 
apoio na realização deste 
trabalho. 
 
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AGRADECIMENTOS 
 
À Universidade Federal de Alfenas pela oportunidade oferecida. 
Ao Profº Dr. Leandro Lodi, orientador, e ao Profº Dr. Rafael Perna, coorientador, pelo apoio, 
dedicação, conhecimentos transmitidos e confiança depositada na realização deste trabalho. 
À Coordenação do Curso de Engenharia Química pela política de incentivo à produção 
acadêmica. 
Aos Bibliotecários e demais Funcionários pelo suporte durante a elaboração desse trabalho de 
conclusão de curso e durante toda a graduação. 
Aos demais professores da Universidade Federal de Alfenas por todo o conhecimento e todo o 
apoio durante o curso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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“Deixe o futuro dizer a verdade, e avaliar cada um de acordo com seus trabalhos e suas 
conquistas.” 
 (TESLA N.) 
 
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RESUMO 
Alguns compostos químicos encontrados em plantas possuem ação sobre o organismo 
humano. Dentre as muitas substâncias encontradas nos grãos de café, chá mate, guaraná e 
cacau, a cafeína é de grande importância devido a seu efeito estimulante e diurético no 
organismo humano. O mercado do café descafeinado e da cafeína vem ganhando proporções 
gigantescas. A cafeína, vendida para indústrias de refrigerantes e farmacêuticas, geralmente 
cobra os custos do processo, enquanto a demanda de café descafeinado é grande nos países 
industrializados. A recuperação e purificação destes compostos, por processos convencionais, 
são laboriosas e em muitos casos inviável. A versátil tecnologia que utiliza CO2 supercrítico 
como solvente apresenta-se como uma alternativa a estes processos tradicionais, onde o 
solvente é empregado em condições de temperatura e pressão acima do ponto crítico. O CO2 
vem-se apresentando como o solvente mais adequado devido a sua não toxicidade, resistência 
a chama, baixa temperatura crítica, não poluir o meio ambiente e de baixo custo. O objetivo 
principal deste trabalho foi elaborar o projeto conceitual e básico mais o fluxograma P&ID de 
uma unidade piloto de extração supercrítica para extrair a cafeína de grãos de café verde. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Palavras-chave: extração supercrítica, cafeína, CO2. 
 
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ABSTRACT 
Some chemical compounds found in plants have different actions on the human body. Among 
the many chemicals found in coffee beans, tea, mate, cocoa and guarana, caffeine is of great 
importance due to its stimulant and diuretic effect on the human body. The market for 
decaffeinated coffee and caffeine has gained gigantic proportions. Caffeine, sold to soft drink 
and pharmaceutical industries generally charges the cost of the process, while the demand for 
decaf is great in industrialized countries. The recovery and purification of these compounds 
by conventional methods are laborious and impractical in many cases. The versatile 
technology that uses supercritical CO2 as solvent is presented as an alternative to the 
traditional processes where the solvent is employed under conditions of temperature and 
pressure above the critical point. CO2 is being presented as the most suitable solvent due to 
its non-toxicity, flame resistance, low critical temperature, does not pollute the environment 
and low cost. The main objective of this work was to develop the conceptual and basic design 
over the flowchart P & ID of a supercritical extraction pilot plant for extracting caffeine from 
green coffee beans. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Keywords: supercritical extraction, caffeine, CO2. 
 
 
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SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 10 
2. DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................. 15 
2.1. OBJETIVO GERAL ........................................................................................................... 15 
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................ 15 
2.3. MÉTODO ............................................................................................................................. 15 
2.4. DESCRIÇÃO DO PROJETO ............................................................................................ 17 
2.4.1. PRIMEIRA ETAPA: ENTRADA DE MATÉRIA-PRIMA .................................... 18 
2.4.2. SEGUNDA ETAPA: EXTRAÇÃO ............................................................................ 18 
2.4.3. TERCEIRA ETAPA: SAÍDA DE PRODUTO ......................................................... 19 
2.5. FLUXOGRAMA DE PROCESSO (PFD) ......................................................................... 20 
2.6. BALANÇO DE MASSA E DE ENERGIA ........................................................................ 20 
2.6.1. BALANÇO DE MASSA NO EXTRATOR ............................................................... 20 
2.6.2. BALANÇOS DE ENERGIA ...................................................................................... 23 
2.7. DESCRITIVO DO FUNCIONAMENTO DAS MALHAS DE CONTROLE E 
INSTRUMENTAÇÃO .................................................................................................................... 28 
2.7.1. MALHA DE CONTROLE DE TEMPERATURA NO EXTRATOR .................... 28 
2.7.2. MALHA DE CONTROLE NO TROCADOR DE AQUECIMENTO ................... 28 
2.7.3. SISTEMAS DE INDICAÇÃO DE PRESSÃO .......................................................... 29 
2.8. ESPECIFICAÇÕES DAS MATÉRIAS PRIMAS, PRODUTOS E EFLUENTES ....... 29 
2.9. AVALIAÇÃO DAS UTILIDADES ................................................................................... 31 
2.10. LISTA DE EQUIPAMENTOS E INSTRUMENTOS ..................................................... 32 
2.11. FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA – P&ID ................................................................ 34 
2.12. ESTIMATIVAS DE CUSTOS ........................................................................................... 35 
2.13. RELATÓRIO DE REVISÃO DE RISCOS DO PROCESSO (RRP) UTILIZANDO 
WHAT-IF ......................................................................................................................................... 35 
3. CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 38 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 39 
APÊNDICE A – MEMÓRIA DE CÁCULO ..................................................................................... 41 
ANEXOS A-PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DO CO2 À PRESSÃO ATMOSFÉRICA .... 42 
ANEXOS B - DIAGRAMA (H; P) PARA CO2 ................................................................................