Aula 7- Eng BioQuimica B

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Tecnologia de Produção de Etanol Comercial
CÁLCULO DO RENDIMENTO, EFICIÊNCIA E PRODUTIVIDADE
							
				
							Aula 7
Livro: Vol 3. Cap. 1
*
*
						ÁLCOOL
Combustível verde;
Utilizado em industrias de alimentos, cosméticos e como insumo da indústria química;
Em 2012 o Brasil movimentou 25 bilhões de reais com a produção de etanol;
*
*
 Biocombustível de maior sucesso: 				 Etanol
Ajustável ao setor de transporte  Desafios enfrentados:
Desenvolvimento de propriedades físicas adequadas; 	
Logística de distribuição e de armazenamento; 	
Combustão, menor capacidade energética;
Desenvolvimento por parte de EMBRAPA: 
Responsável por um considerável ganho de produtividade (2.500 l/hec) e aperfeiçoamento de técnicas de extração do álcool da cana.
				 PRO-ÁLCOOL 
*
*
Fonte energética oriunda da Biomassa mais difundida no Brasil é a Cana de Açucar 
“ do boi só não se aproveita do berro”.
*
*
				Produção de Etanol
O álcool etílico é obtido principalmente por fermentação de cana ou melaço (resíduo da fabricação de açucar) através de um processo bioquímico.
Pode ser produzido a partir de qualquer carboidrato
Ex: suco de frutas, milho, beterraba, batata, malte, cevada, aveia, centeio, arroz
No caso de carboidratos mais complexos é necessária uma hidrólise.
O agente de fermentação: LEVEDURA
*
*
			Processo de Fermentação
1ª ETAPA - Hidrólise da sacarose
C12H22O11 + H2O  C6H12O6 + C6H12O6
sacarose invertase glicose + frutose
2ª ETAPA – Fermentação Alcoólica
C6H12O6  2H3C-CH2-OH + 2CO2
Monossacarídeo Etanol Gás Carbônico
GLICOSE (6 C´s)
SACAROSE (12 C´s)
AMIDO (nC´s)
Forma natural das
plantas armazenarem 
energia.
CELULOSE (polímero da
glicose)
*
*
CÁLCULO DE BALANÇO DE MASSA:
51% do açucar vira ETANOL
*
*
			 Agente de Fermentação
Na fermentação alcoólica são empregadas linhagens selecionadas da levedura Saccharomyces cerevisae;
A cultura deve possuir:
Crescimento vigoroso;
Elevada tolerância ao etanol;
 
*
*
O etanol é inibidor a altas concentrações, e a tolerância das leveduras é um ponto crítico para uma produção elevada.
	A tolerância ao etanol varia de acordo com as linhagens das leveduras
O crescimento do microorganimos cessa quando a produção atinge 5% de etanol (v/v).
A taxa de produção é reduzida a zero, na concentração de 6 a 11% de etanol (v/v).
*
*
			 Leveduras Selecionadas
*
*
			Etapas da Fermentação
Preparo do Substrato;
Preparo do Mosto;
Preparo do Inóculo;
Fermentação;
Destilação;
*
*
Etapas da Fermentação:
1. Preparo do Substrato
Moagem da cana  arraste de impurezas (bagacilhos e terra)
Separação através de peneiras fixas, rotativas ou vibratórias;
Impurezas Menores  Decantação
*
*
				 Etapas da Fermentação:
				 2. Preparo do Mosto
Mosto: meio reacional ou de cultivo
A concentração de açucar é definida conforme a produção pretendida e viabilidade da levedura
Características desejáveis do mosto:
Isenção de sólidos (bagacilhos, areia e terra)
10 a 20% de açucares totais (Grau Brix)
Nutrientes minerais
pH – 4,5 a 5,5;
Temperatura – 26 a 35oC
Contaminação por bactérias < 102 (ideal)  agentes antissépticos e antibióticos
*
*
				 Etapas da Fermentação:
				 3. Preparo do Inóculo
Utilização de nutrientes  favorecer a multiplicação rápida da levedura. 
Mais utilizados são: N, Mg, K e outros (Zn, P, Ca e etc)
AERAÇÂO
Ar comprimido e agitação mecânica
TEMPERATURA
Ideal : 35 a 37oC
Emprego de antibióticos  inibir o crescimento de bactérias.
*
*
*
*
			 Etapas da Fermentação:
				 4. Fermentação
 É realizada em dorna/fermentador/reator
Podem ser abertas ou fechadas
Pode ser realizada de forma contínua ou descontínua;
FERMENTAÇÃO DE DESCONTÍNUA OU BATELADA
Neste processo são utilizadas várias dornas, que são cheias, fermentadas e processadas uma a uma.
	
*
*
	 Tipos de Processos Batelada:
Convencional – com um inóculo para cada dorna
Com cortes – divide-se o mosto da 1ª fermentação em dois, completa-se o volume e deixa-se novamente fermentar;
Com reaproveitamento do inóculo 
Deixa o mosto decantar e recupera-se o precipitado
Recuperação de leveduras 
Através da centrifugação recupera-se as leveduras
*
*
*
*
 Fermentação Contínua 
Neste processo utiliza-se dornas de grandes dimensões, operando da seguinte forma:
1) o mosto é misturado ao inóculo na 1ª dorna;
2) passará para as demais num processo contínuo até chegar a última dorna onde a concentração de açucares é a menor possível;
3) O vinho bruto desta última dorna é enviado para a centrifugação;
4) O vinho centrifugado é enviado para destilação;
*
*
*
*
			 Etapas da Fermentação: 				 5. Destilação
Produto final dos processos de destilação:
Álcool hidratado (mistura azeotrópica ) que atinge um teor de 96oGL.
*
*
														Desidratação
 
Destilação azeotrópica
Adição de composto no topo da coluna – mistura azeotrópica ternária (Ex: benzeno – água - álcool) com ponto de ebulição inferior ao do álcool anidro
Destilação Extrativa
Adição de sais, monoetilenoglicol;
Álcool é retirado no fundo da coluna com aproximadamente 99,7oGL;
Coluna de recuperação do solvente
Pressão de operação: 20kPa
*
*
Coluna de recuperação do solvente
*
*
A evolução da Fermentação
*
*
*
*
*
*
*
*
Juntamente com o etanol e CO2, o metabolismo anaeróbio permite a formação e excreção de:
Glicerol, ácidos orgânicos (succínico, acético, pirúvico e outros).
Alcoóis superiores, acetaldeído, acetoína, butilenoglicol e outros compostos.
O glicerol é o mais abundante dos compostos orgânicos secundários da fermentação.
	 Produtos Secundários da Fermentação
*
*
			 Utilização dos Resíduos:
Produção de energia elétrica através dos resíduos da cana de açucar.
Na cana cerca de 1/3 da energia solar é fixada como açucar, enquanto o restante corresponderá fibra vegetal (celulose, hemicelulose e lignina) 
QUEIMA dos resíduos como o bagaço e as palhas.
1ton de cana moída  270 kg de bagaço de cana  queimado em caldeiras para geração do vapor. Esse vapor aciona turbo-geradores produzindo energia elétrica que por sua vez é utilizado nas próprias indústrias.
				
					
CO-GERAÇÃO
*
*
Vinhoto: 
Cada 1L de etanol produz 12 litros de vinhoto.
Usado para adubação de canaviais
Produção de bio-gás através de bio-digestores.
1ton cana -> 70 L de etanol + 270 kg de bagaço + 780 litros de vinhoto.
12m3 de biogás (65% metano e 35%CO2)
Aplicação do Gás: fornos industriais, caldeiras, acionamento de motores das usinas em transporte 
*
*
Cálculo do Rendimento, Eficiência e Produtividade de Processos Fermentativos
*
*
			BioProcessos Industriais
Nomenclatura:
P, concentração de produto (g/L; kg/m3)
S, concentração de substrato(g/L; kg/m3)
X, concentração de células (g/L; kg/m3)
Y, rendimento ou fator de concentração (g/g; kg/kg)
Q, produtividade volumétrica (g/L.h; kg/m3.h)
PM, produtividade mássica (kg/h; g/h)
Ef, eficiência do bioprocesso
Eg, eficiência global da planta
*
*
Fator de Rendimento ou de Conversão (formação de células em função do consumo de substrato)
Fator de Rendimento ou de conversão de substrato em produto (formação de produto em função do consumo de substrato)
Fator de Rendimento ou de conversão de biomassa e produto (formação de produto em função da quantidade de células- crescimento )
*
*
*
*
		Eficiências Global da Planta e 			Eficiência do Processo
Algumas
perdas possíveis:
Tratamento da Matéria prima
Preparo do Meio
Esterelização do meio
Separação de células
Recuperação do produto
*
*
						Eficiências
Eficiência de cada etapa do processo
Considera a quantidade de produto obtido, com relação ao esperado - Eficiência do processo:
Relacionando com Rendimento:
 Valor esperado
Teor Max de etanol
possível
*
*
					 Produtividade:
 Produtividade Volumétrica: 
Considera a quantidade (volume) produzida num tempo t do processo:
Produtividade Mássica: 
*
*
						Exercício
 Considerando um processo de fermentação alcoólica em que se partiu de um mosto contendo 120g/L de glicose por litro, verificou-se que a concentração de etanol ao final do processo foi de 48g/L e que o mosto fermentado ainda continha 2g/100mL. Após os processo de separação por destilação e purificação por retificação, verificou-s e que cada litro de mosto conduziu a 40 g de álcool anidro.
 Qual o rendimento e a eficiência do processo?