Processo de produção da fermentação etanólic1 (1)

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UNIVERSIDADE CASTELO BRANCO
ESCOLA CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA MECÂNICA
TRABALHO EM GRUPO 
DESTILAÇÃO:
ÁLCOOL
Rio de Janeiro
2016
Universidade Castelo Branco- Campus Realengo
Escola: Escola Ciências Exatas E Tecnológicas
Curso: Engenharia Mecânica 
Disciplina: Química Teórica Experimental 
Professor: Sebastiao Paulo Theodoro Dos Santos
Nome: Leonardo Cardozo Da Silva Junior
Matrícula: 2016172291
PROCESSO DE PRODUÇÃO DO ETANOL
O etanol (álcool etílico combustível), produto renovável e limpo, uma substância pura, constituído de dois átomos de carbono, cinco de hidrogênio e um grupo de hidroxila: C2H5OH. Pode ser obtido a partir de diferentes matérias primas, tais como: milho, beterraba, trigo e cana-de-açúcar.
É importante ressaltar que há uma diferenciação entre etanol hidratado e etanol anidro. A diferença consiste no teor de água apresentado em cada tipo. O etanol hidratado apresenta um teor de água cerca de 5% em seu volume, o etanol anidro possui em torno de 0,5%. Os veículos flex são abastecidos com etanol hidratado, já o anidro misturado na proporção de 20% a 25%, percentual definido pelo governo federal. Existem três processos de fabricação do etanol: a fermentação de carboidratos, a hidratação do etileno e a redução do acetaldeído. Na década de 30, o etanol era preparado somente por fermentação.
A fermentação etanólica ou fermentação de carboidratos é o processo de fabricação mais utilizado no território brasileiro, no EUA e, em geral, por diversos países. O Brasil por ter dimensões continentais, com diversidades de climas e solos, a matéria prima do etanol (cana-de-açúcar) é produzida em 20 estados da federação, durante todo o ano. A safra do N/NE se inicia quando a C/SUL está próxima do fim. E vice-versa. A conseqüência disso é produção o ano todo.
Figura 1 - Esquema da produção de açúcar e etanol. Fonte: BNDES. et al. Bioetanol de cana-de-açúcar: energia para o desenvolvimento sustentável. Disponível em: <http://www.bioetanoldecana.org/pt/download/resumo_executivo.pdf>.
A cana que chega à unidade agroindustrial é processada o mais rapidamente possível, para evitar sua contaminação ou deterioração, por isso é de grande importância o sincronismo nas etapas de corte, transporte e moagem. De um modo simplificado, as etapas de produção do etanol são as seguintes:
Lavagem e Moagem
A cana ao chegar a indústria, é lavada para que a terra ainda proveniente da lavoura possa ser retirada. Depois de abertas e desfibradas, as células de cana são enviadas à moenda, onde é extraído o caldo.
Evaporação e preparo do mosto 
	Durante o processo de evaporação, o caldo é aquecido em torno de 115°C. Com a retirada de água, o caldo fica mais concentrado. O caldo quente é resfriado a 30°C em trocadores de calor, formando o mosto ou melaço, que consiste numa solução fermentescível de 40%, aproximadamente, de sacarose.
Fermentação
A fermentação é contínua e agitada, consistindo de 4 estágios em série, composto, de três dornas no primeiro estágio, duas dornas no segundo, uma dorna no terceiro e uma dorna no quarto estágio. Com exceção do primeiro, o restante tem agitador mecânico. As dornas têm capacidade volumétrica de 400.000 litros cada uma, todas fechadas com recuperação de álcool do gás carbônico. Etapa que consiste no processo de transformação anaeróbia dos açúcares em etanol (álcool etílico) e gás carbônico, a partir de enzimas fornecidas por microrganismos denominados leveduras (as linhagens geralmente utilizadas são de Saccharomyces), durando em torno de 8 a 12 horas. Para uma melhor performance durante o processo de fermentação, as dornas devem ser fechadas para recuperarem o álcool arrastado pelo gás carbônico. Além disso, os trocadores de calor mantêm as temperaturas ideais para as leveduras (em torno de 28°C a 30°C). É importante que a levedura possua um crescimento vigoroso e uma elevada tolerância ao etanol, apresentando assim um elevado rendimento final. O mosto fermentado também pode ser denominado Vinho.
Centrifugação do Vinho
Nessa etapa de produção ocorre a separação entre o vinho e o fermento, possibilitando o tratamento prévio das leveduras, para que possam ser utilizadas em novos ciclos fermentativos.
Destilação
O vinho delevurado, contendo aproximadamente 9,5% ou 10% de álcool, irá para os aparelhos de destilação fracionada, onde o álcool é removido dos sólidos e da maior parte da água. A Usina pode produz em média 35O m³ de álcool/dia, em dois aparelhos, um com capacidade nominal para 120 m³/dia e outro para 150 m³/dia. Produzimos álcool neutro, industrial e carburante, sendo o álcool neutro o produto de maior produção, 180 m³/dia. O álcool neutro é destinado à indústria de perfumaria, de bebidas e farmacêutica. A solução final apresenta um teor alcoólico de 96° GL: 96% de álcool etílico e 4% de água.
Desidratação
Nesta etapa é transformado de etanol hidratado em etanol anidro, é removido água da solução destilada. Geralmente é realizada através da adição de ciclohexano, que juntamente com a água, forma uma mistura azeotrópica ternária que entra em ebulição antes do bioetanol. Ao final do processo, essa mistura é enviada à coluna de recuperação de ciclohexano, para que ele seja retirado e possa ser utilizado novamente, já o combustível resultante apresenta cerca de 0,4% de água (etanol anidro). 
A desidratação também pode ser realizada por meio de peneiras moleculares ou pela destilação extrativa utilizando monoetilenoglicol, que embora consumam menos energia, apresentam custos mais elevados. Já que o etanol anidro proveniente do processo que utiliza tais peneiras é livre de contaminantes, estimula diversos produtores brasileiros e de outros países a optarem pelo seu uso, uma vez que as exigências do mercado tornam-se cada vez maiores (BNDES, 2008, p. 76).
Figura 2: Processo de produção de açúcar e álcool
Fonte: www.brasilescola.com/quimica/producao-etanol.htm
Figura 3: Processo de produção de açúcar e álcool
Fonte: Adaptado de Camargo et al, 1990
Conclusão: 
O etanol é um combustível de melhor alternativa para os derivados de petróleo, pode ter como matéria prima duas fontes principais: do milho e da cana, e o Brasil tem o potencial de produzir matéria prima como a cana-de-açúcar o ano inteiro, do norte ao nordeste, e centro oeste ao sul. Mantendo assim combustível suficiente para o mercado interno. O processo de produção do etanol por si consome significativa quantidade de energia térmica, mecânica e elétrica, é de grande relevância ressaltar no caso da agroindústria com base de cana, essas demandas cada vez mais estão sendo supridas a partir de um sistema combinado de produção de calor e potência (sistema de cogeração) instalado na própria usina. É utilizado um sistema apenas do bagaço como fonte de bioeletricidade, tem ainda a possibilidade de gerar excedentes para rede pública. Há um estudo estimado em 0,55 de carbono deixam se ser emitidos por tonelada de bagaço processado para gerar eletricidade. E a última, a produção de energia elétrica com base no bagaço é elegível para a obtenção de créditos de carbono, conforme o Protocolo de Quioto.
Referências bibliográficas 
AQUINO, A.F.; BIDÔ, É.S.; GALVÃO, M. L. M.; OLIVEIRA, V. N. O Etanol Da Cana De Açúcar: Possibilidades Energéticas da Região de Ceará-Mirim-RN, 2011
CHIEPPE, Júnior; BAPTISTA, João. Tecnologia e fabricação do álcool, Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria, 2012