TEMA 6 ÁLCOOL COMBUSTÍVEL

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ÁLCOOL COMBUSTÍVEL: 
ETANOL
PROPRIEDADES
• O álcool etílico tem fórmula molecular 
CH3 CH2OH ;
• O etanol é obtido por fermentação de mostos;
• É um líquido incolor, inflamável de odor 
característico;
• Tem Ponto de Fusão – 114,1 °C e Ponto de 
Ebulição 78,5 °C.
COMBUSTÃO
• C2H60(l) + 3O2(g)  2 CO2(g) + 3 H2O(g) + 1368 KJ
• 46 g Etanol -> 1368 KJ => 29,7 KJ/g EtOH
• C8H18 + 25/2 O2 8 CO2 + 9 H2O + 5471 KJ
• 114 g gasolina -> 5471 KJ
46 g gasolina -> 2207 KJ => 48 KJ/g gasolina
• Álcool é energeticamente menos eficiente que a gasolina.
• Um carro consume mais álcool que gasolina para percorrer a 
mesma distância à mesma velocidade.
PROGRAMA PRÓ-ÁLCOOL
• 1973, Grande crise do Petróleo. Governo do Brasil cria
programa Pró-Álcool:
– Estudos econômicos para produção de etanol em grande
escala a partir de cana de açúcar.
– Ofereceu subsídios e tecnologia para usinas de açúcar.
– Incentivou grilagem de terras para cultivo da cana.
• Pontos negativos do programa:
– Não houve indicações precisas sobre as alternativas de
outros produtos agrícolas que podem se destinar ao
abastecimento alimentar e à produção de álcool. Ex.:
- Cana: 70 litros de álcool por tonelada
- Batata: 150 litros de álcool por tonelada
- Mandioca: 180 litros de álcool por tonelada
– Iniciou-se uma monocultura da cana => Perda de
biodiversidade
VANTAGENS DO ÁLCOOL SOBRE A GASOLINA
• O ÁLCOOL não é um combustível fóssil, mas é renovável.
O que quer dizer que o carbono liberado na sua queima
(em forma de CO2) não estava há milhões de anos
abaixo da terra, mas já tinha sido absorvido da
atmosfera no crescimento da plantação que lhe deu
origem => MENOR CONTRIBUIÇÃO AO EFEITO ESTUFA
• O ÁLCOOL não contém enxofre como impureza =>
NÃO CONTRIBUI À CHUVA ÁCIDA:
S + O2 -> SO2 -- H2SO4
FABRICAÇÃO DE ETANOL
Brasil e EEUU são os maiores produtores mundiais de álcool 
combustível, com quase 90% da produção total. 
- Brasil: etanol obtido da cana de açúcar.
- EEUU: etanol obtido de milho.
- O etanol é obtido por fermentação de mostos ricos em açúcares
FABRICAÇÃO DE ETANOL
• Colheita da cana de açúcar:
- Pode ser feita com colheitadeiras mecânicas ou de forma manual através da
queima da palha que envolve a base do vegetal e do corte do caule. Cerca
de uma tonelada de cana-de-açúcar colhida dá origem a 70 litros de etanol.
- O ideal é cortar e moer no mesmo dia da colheita, embora possa ser
estocada até 3 dias (cana sem queimar). A cana queimada antes da colheita
para eliminar a palha tem um período de estocagem ainda menor. Quanto
maior o tempo de estocagem, maior o risco de degradação ou
contaminação.
- Açúcar predominante na cana de açúcar: Sacarose (~12,5% em peso)
Moagem: A cana é lavada para tirar a terra e picadores trituram os colmos.
A seguir é desfibrada e depois moída para extração do caldo por uma
pressão exercida equivalente a 250 Kg/cm².
Este processo é repetido 6 vezes e então adiciona-se 30 % de água para
embeber o interior das células (rica em sacarose) da cana e dissolver o
açúcar ali existente.
Resta bagaço muito pobre em açúcar que é queimado pela própria
indústria para gerar energia, vendido à outras indústrias ou até mesmo
descartado, gerando uma considerável quantidade de CO2.
Moagem:
http://www.youtube.com/watch?v=qTFyXuCCJaM
Bagaço
Caldo de cana
O caldo é elevado a 105 °C e decantado, assim separa-se o caldo
clarificado do lodo. O lodo passa por um novo tratamento de
clarificação e o que resta do lodo é utilizado em lavouras como
adubo.
O caldo clarificado vai para o processo de pré-evaporação, em que
este é esquentado a 115 ºC para esterilizar bactérias e leveduras
selvagens que competiriam com a levedura da fermentação.
Clarificadores
Na pré-evaporação
forma-se o melaço,
que contém ~40% de
sacarose
• O melaço é resfriado a 30 °C, diluído, e enviado às
dornas de fermentação, onde é adicionado o fermento
ou levedura (fungo Saccharomyces cerevisiae).
• É conveniente que as dornas sejam fechadas pois o CO2
liberado no processo pode arrastar parte do álcool
consigo, devido à alta volatilidade do último. Nas dornas
deve-se manter a temperatura ideal de 28 – 30 °C.
LevedurasDornas
FERMENTAÇÃO
O mosto devidamente preparado é levado às dornas, onde será efetuado o
processo de fermentação.
Reação global de fermentação:
levedura
C6H12O6 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + Q
O organismo responsável pela fermentação é o fungo Saccharomyces
Cerevisiae.
Este fungo possui uma enorme variedade de enzimas que vão transformando 
diferentes açúcares em etanol.
A fermentação é um processo anaeróbio.
O objetivo da levedura não é produzir EtOH, mas produzir a energia necessária
para poder efetuar seus processos metabólicos e se reproduzir. Para a
levedura, o EtOH é um subproduto da geração de energia, um produto de
excreção.
FERMENTAÇÃO
O processo é iniciado pela ação da enzima invertase, presente no fungo, 
que hidrolisa a sacarose, resultando glicose + frutose:
A transformação de glicose em etanol envolve 12 reações, cada uma 
delas catalisada por uma enzima específica. Estas enzimas, chamadas 
de enzimas glicolíticas, encontram-se no citoplasma das células de 
levedura.
pH e temperatura devem ser controlados.
- pH ideal da fermentação industrial: 4,5-5,5
- Temperatura ótima: 26 – 35 ºC (controle por trocadores de calor)
FERMENTAÇÃO
No processo de fermentação, ocorre a liberação intensa de bolhas. Isso
ocorre pela presença do gás carbônico que foi liberado na reação anterior.
Essa reação também é bastante exotérmica, ou seja, libera muito calor.
• O mosto fermentado é denominado vinho. Este é levado
para centrífugas que separam o fermento do vinho.
• Trata-se o fermento com ácido sulfúrico que tem efeito
desfloculante e bacteriostático, regulando o pH em
torno de 2,5 a 3. E o fermento volta para o biorreator e
começa um novo ciclo.
CENTRIFUGAÇÃO
Centrífuga de açúcar 
descontínua
O vinho sai da centrífuga com 9,5 % de álcool e é levado aos
aparelhos de destilação.
Realiza-se destilação fracionada pela diferença de Ponto de
Ebulição da água e do álcool. Consegue-se uma mistura de 96%
de álcool que se chama Álcool Hidratado.
DESTILAÇÃO FRACIONADA
A destilação é uma técnica utilizada
para purificar líquidos.
A destilação consiste basicamente em
esquentar uma mistura líquida e
condensar por resfriamento os vapores
produzidos.
Destilação fracionada => Separação
de dois líquidos de temp. de ebulição
próxima => o vapor contém os dois
componentes, mas é mais rico que o
líquido no componente mais volátil.
Colunas de destilação fracionada
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Os vários obstáculos instalados na coluna forçam o contato entre o
vapor quente ascendente e o líquido condensado descendente. A
intenção desses obstáculos é promover várias etapas de vaporização
e condensação da matéria. Quanto maior a quantidade de estágios de
vaporização-condensação e quanto maior a área de contato entre o
líquido e o vapor no interior da coluna, mais completa é a separação e
mais purificada é a matéria final.
A coluna está formada por 
gomos cilíndricos 
superpostos que constam de:
- Pratos ou bandejas: 
separações transversais 
entre gomos
- Calotas: locais para 
pasagem do vapor 
asecendente
- Sifões: tubos para descida 
do líquido residual (vapor 
condensado).
A escala industrial, a obtenção de álcool combustível segue um processo de
destilação fracionada em contínuo, de maneira que as vazões de entrada e
saída da coluna são iguais.
- O destilado é retirado pelo topo da coluna
- A vinhaça é retirada pela base da coluna
A coluna é aquecida pela base. Os pratossão aquecidos pelo vapor
ascendente, que é mais rico em etanol que o vinho. As frações de maior
proporção de etanol ascendem como vapor pela coluna e vão se
condensando frações com maior teor de água, que voltam para líquido a
temperatura maior.
Topo
Temperatura Teor alcoólico
Base
DESTILAÇÃO FRACIONADA
DESIDRATAÇÃO
Etanol e água formam uma mistura azeotrópica => não é possível
obter etanol puro por destilação.
- O maior teor em álcool do líquido que sai da destilação fracionada é
95,6% em peso, equivalente a 97,2% em volume.
- O álcool combustível deve ser anidro (exento de água) para não
prejudicar o processo de combustão.
- Para obter etanol anidro é necessário o uso de substâncias
químicas desidratantes ou de técnicas físicas, tais como destilação
por arraste de vapor o uso de peneiras moleculares.
- Os métodos mais usados são:
- Destilação por arraste de vapor
- Desidratação por absorvente regenerável
- Destilação extrativa
- Desidratação por peneiras moleculares
DESIDRATAÇÃO
- Desidratação por arrastadores
É usado um tercer composto na destilação, inmiscível com um dos dois
componentes da mistura azeotrópica.
Geralmente são usados benzeno ou cicloexano:
Tanque de decantação
do azeótropo ternário,
para separação do
cicloexano da água +
álcool.
DESIDRATAÇÃO
- Desidratação por Absorvente Regenerável
Durante a destilação é introduzido um composto com grande avidez pela 
água, capaz de retirar a mesma do etanol. 
Saõ usados como absorventes: Glicerina, glicóis e solução de carbonato 
de potássio em glicerina. Ex.:
- Destilação extrativa, utilizando Mono Etileno Glicol
Utiliza-se uma coluna de desidratação, onde o mono etileno glicol (MEG) é
alimentado no topo desta coluna e o álcool a ser desidratado também a um
terço abaixo do topo da coluna. Inversamente ao processo do ciclohexano, o
MEG absorve e arrasta a água para o fundo da coluna e os vapores de
álcool anidro saem pelo topo da coluna, de onde o álcool é condensado e
enviado para armazenamento nos tanques. A mistura contendo água, MEG e
uma pequena quantidade de álcool, é enviada para uma coluna de
recuperação do MEG, o qual retorna ao processo de desidratação. Como o
MEG concentra as impurezas retiradas do álcool e se torna mais corrosivo, é
necessária a sua purificação pela passagem através de uma coluna de
resinas de troca iônica, que retém os sais e reduz a acidez.
DESIDRATAÇÃO
- Desidratação por Peneiras Moleculares
Vapor de etanol de 96% é passado através de resinas (peneras
moleculares) que retêm as moléculas de água por adsorção.
O álcool a ser desidratado é inicialmente vaporizado e superaquecido
antes de ser enviado para as colunas de desidratação, que contém em
seu interior um material constituído basicamente por hidrosilicato de
alumínio contendo micro-poros, denominado zeólita, mais
popularmente conhecido como peneira molecular. Esta rede de micro-
poros adsorve a água e deixa passar os vapores de álcool que são
posteriormente condensados na forma de álcool anidro.
Periodicamente é realizada a regeneração da zeólita pela passagem
sob vácuo de vapores alcóolicos que são posteriormente destilados
para recuperação do álcool neles contido.
Processo rápido e eficiente de produção de etanol anidro sem
resíduos de benzeno.
DESIDRATAÇÃO
ÁLCOOL COMBUSTÍVEL
O álcool anidro é utilizado como combustível, bem sozinho ou adicionado à
gasolina.
Atualmente, a gasolina comum contém um 27% de álcool anidro.
O álcool anidro serve também como antidetonante da gasolina, evitando o
uso do tetraetil-chumbo, altamente tóxico.
AEAC: álcool etílico anidro 
combustível
AEHC: álcool etílico hidratado 
combustível