PROJETO DESTILARIA BRASNIPO FINAL

•

UEM

Juliano Katayama

18/08/2018

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Projeto de Engenharia I

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Alexandre Lobo dos Santos
Hugo Seidi Iwai Ridao
Juliano Katayama Groff
Paulo Emilio Furlaneto
Garcia

Maringá, 13 de Julho de
2012.

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROJETOS E PROCESSOS 1173/02

Acadêmicos
Alexandre Lobo dos Santos
Hugo Seidi Ridao
Juliano Katayama Groff
Paulo Emilio Furlaneto Garcia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROJETOS E PROCESSOS 1173/02

Disciplina
Projetos e Processos 1173/02
Professores e orientadores responsáveis
Nehemias Curvelo Pereira
Edson M. Canassa

Alexandre Lobo dos Santos

Paulo Emilio Furlaneto Garcia

2
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

RA
54640
47840
53703
55126
3

Sumário

PROJETO TÉCNICO ....................................................................................................... 8
1. Introdução ..................................................................................................................... 8
1.1. Objetivo ..................................................................................................................... 8
1.2. A cana-de-açúcar ....................................................................................................... 8
1.3. Histórico .................................................................................................................. 13
1.3.1 Programa nacional do álcool – Proálcool. ............................................................. 14
1.4. Produto .................................................................................................................... 16
1.5. Especificações do álcool ......................................................................................... 18
1.5.1. Álcool hidratado (Hydrous alcohol) ..................................................................... 18
1.5.2. Tipos de álcool hidratado ..................................................................................... 20
1.5.3. Álcool Anidro (Absolute or Anhydrous Alcohol) ................................................ 22
1.5.4. Produtos secundários da reação ............................................................................ 23
1.6. Fluxograma.............................................................................................................. 25
1.6.1. Diagrama da Cebola ............................................................................................. 25
1.6.2. Fluxograma Detalhado ......................................................................................... 26
1.7. Balanço de massa .................................................................................................... 32
1.7.1. Transporte ............................................................................................................. 32
1.7.2. Mesa Alimentadora e Tratamento da Água de Lavagem ..................................... 32
1.7.3. Nivelador, Picador e Desfibrador ......................................................................... 37
1.7.4. Moendas ............................................................................................................... 39
1.7.5. Peneira Rotativa .................................................................................................... 40
1.7.6. Injeção de Ácido fosfórico na linha ...................................................................... 41
1.7.7. Preparação e adição do Leite de Cal ..................................................................... 41
1.7.8. Balão de Flash ...................................................................................................... 42
1.7.9. Preparação do Polímero ........................................................................................ 44
1.7.10. Decantador .......................................................................................................... 45
1.7.11. Filtro do Caldo Clarificado ................................................................................. 47
1.7.12. Tanque de Caldo Clarificado .............................................................................. 49
1.7.13. Evaporadores ...................................................................................................... 50
1.7.14. Filtro do Lodo ..................................................................................................... 53
1.7.15. Tanque de Distribuição ou Tanque de Caldo Concentrado ................................ 55
4

1.7.16. Dornas de Fermentação ...................................................................................... 56
1.7.17. Dorna Pulmão ..................................................................................................... 59
1.7.18. Centrífuga ........................................................................................................... 60
1.7.19. Cubas .................................................................................................................. 62
1.7.20. Tratamento da Levedura ..................................................................................... 63
1.7.21. Torre de Absorção para Lavagem de CO2 .......................................................... 64
1.7.22. Dorna Volante .................................................................................................... 66
1.7.23. Caixa de Vinho ................................................................................................... 67
1.7.24. Coluna de Destilação A. ..................................................................................... 69
1.7.25. Coluna de Destilação B. ..................................................................................... 70
1.7.26. Tanque de Álcool Hidratado............................................................................... 72
1.7.27. Peneira Molecular ............................................................................................... 73
1.7.28. Tanque de Álcool Anidro ................................................................................... 74
1.7.29. Caldeira ............................................................................................................... 75
1.7.30. Ciclone ................................................................................................................ 78
1.7.31. Coluna de absorção para lavagem de gases ........................................................ 79
1.7.32. Sedimentador e Filtro ......................................................................................... 82
1.7.33. Tratamento Físico da Água ................................................................................. 83
1.7.34. Tratamento Químico da Água ............................................................................ 84
1.7.35. Desmineralização e Desaeramento ..................................................................... 85
1.8. Balanço de energia .................................................................................................. 86
1.8.1. Balanço de energia na Caldeira ............................................................................ 86
1.8.2.Balanço de Energia na Extração ........................................................................... 87
1.8.3. Aquecimento do Caldo ......................................................................................... 87
1.8.4. Pré-evaporador ...................................................................................................... 88
1.8.5. Resfriamento do Caldo ......................................................................................... 90
1.8.6. Balanço de Energia nas Dornas de Fermentação .................................................. 90
1.8.7. Balanço de Energia na Destilação ........................................................................ 91
1.9. Integração Energética .............................................................................................. 97
1.10. Dimensionamento dos equipamentos .................................................................. 100
1.10.1. Transporte ......................................................................................................... 100
1.10.2. Balança Rodoviária ........................................................................................... 101
1.10.3. Estocagem ......................................................................................................... 101
5

1.10.4. Mesa Alimentadora ........................................................................................... 102
1.10.5. Condutor ........................................................................................................... 102
1.10.6. Decantador da Água de Lavagem ..................................................................... 103
1.10.7. Tanque de Armazenamento de Água ................................................................ 103
1.10.8. Nivelador/Eletro-imã/Picador/Desfibrador ....................................................... 104
1.10.9. Moendas ............................................................................................................ 105
1.10.10. Esteira Transportadora.................................................................................... 105
1.10.11. Peneira rotativa ............................................................................................... 105
1.10.12. Tanque de caldo misto .................................................................................... 106
1.10.13. Tanque de ácido fosfórico .............................................................................. 106
1.10.14. Tanque de Leite de cal .................................................................................... 106
1.10.15. Tanque de Polímero ........................................................................................ 107
1.10.16. Balão flash ...................................................................................................... 107
1.10.17. Decantador de caldo ....................................................................................... 107
1.10.18. Filtro rotativo a vácuo ..................................................................................... 108
1.10.20. Tanque de caldo clarificado ............................................................................ 108
1.10.21. Tanque de caldo concentrado ......................................................................... 108
1.10.22.Dornas de Fermentação................................................................................109
1.10.23.Tanque de Ácido Sulfúrico...........................................................................111
1.10.24.Tanque de Pé de Cuba...................................................................................112
1.10.25.Centrifugas....................................................................................................114
1.10.26.Dorna Pulmão...............................................................................................114
1.10.27.Dorna Volante...............................................................................................114
1.10.28.Caixa de vinho..............................................................................................114
1.10.29.Destilação......................................................................................................115
1.10.30.Absorção de etanol........................................................................................115
1.10.31.Peneira Molecular.........................................................................................115
1.10.32.Tanque de Álcool hidratado..........................................................................116
1.10.33.Tanque de Armazenamento de Álcool Hidratado e Anidro..........................116
1.11. Utilidades........................................................................................................117
1.11.1. Utilidades quentes e frias...............................................................................117
1.11.2. Bombas...........................................................................................................118
1.11.3. Dimensionamento da Caldeira……………………………………………...122
6

1.12. Estação de Tratamento de Efluentes – ETE.............................................................123
1.13. Layout ...................................................................................................................... 126
1.13.1. Especificações da planta…………………………………………………………..126
1.13.2. Layout ............................................................................................................... 131
1.14. Controle de Qualidade ............................................................................................. 133
1.14.1. Qualidade da cana-de-açúcar ............................................................................ 133
1.14.2. Qualidade do Álcool Etílico Combustível ........................................................ 133
1.14.3. Tratamento de Água ......................................................................................... 136
1.14.4. Controle e Análise na Fermentação .................................................................. 138
1.14.5. Tratamento da Levedura ................................................................................... 139
1.14.6. Análise do Bagaço ............................................................................................ 139
PLANO ECONÔMICO .............................................................................. ..........140
2. Plano de negócios .................................................................................................. 140
2.1. Motivação ................................................................................................................ 140
2.2. Objetivo ................................................................................................................... 141
2.3. A Empresa ................................................................................................................ 141
2.3.1. Missão ............................................................................................................... 141
2.3.2. Visão ................................................................................................................. 141
2.3.3. Valores .............................................................................................................. 142
2.4. Responsabilidade Socioambiental ........................................................................... 142
2.5. Estrutura Organizacional ......................................................................................... 143
2.5.1. Organograma .................................................................................................... 143
2.6.Pesquisa de mercado .......................................................................... ......................147
2.6.1. Objetivo ............................................................................................................ 147
2.6.2. Produção e consumo nacional .......................................................................... 147
2.6.3. Exportações e Importações ............................................................................... 148
2.6.4. Produção de etanol por estados ........................................................................ 150
2.6.5. Produção e consumo mundial ........................................................................... 151
2.6.6. Projeção de mercado ......................................................................................... 152
2.6.7. Análise da concorrência.................................................................................... 156
2.7. Estudo de localização ............................................................................................... 158
2.8. Plano de Marketing .................................................................................................. 166
2.8.1. Sumário executivo ............................................................................................ 166
7

2.8.2. Metas ................................................................................................................ 167
2.8.3. Estratégia de Marketing .................................................................................... 167
2.8.4. Público alvo e posicionamento no mercado ..................................................... 168
2.8.5. Análise SWOT .................................................................................................. 169
2.9. Plano Financeiro ...................................................................................................... 170
2.9.1. Objetivo ............................................................................................................ 170
2.9.2. Aspectos econômicos e financeiros .................................................................. 170
2.9.3. Investimento Inicial .......................................................................................... 171
2.9.4. Investimento Fixo ............................................................................................. 171
2.9.5. Receitas ............................................................................................................. 182
2.9.6. Custos e Despesas ............................................................................................. 183
2.9.6.1. Custos fixos ..................................................................................................................186
2.9.6.2. Custos variáveis ............................................................................................................192
2.9.6.3. Despesas fixas ..............................................................................................................192
2.9.6.4. Despesas variáveis ........................................................................................................197
2.9.7. Capital de Giro ................................................................................................. 196
2.9.8. Financiamento .................................................................................................. 197
2.9.9. Demonstração de Resultados do Exercício (DRE) ........................................... 200
2.9.9.1. Projeção dos resultados ................................................................................................202
2.9.9.2. Projeção de fluxo de caixa............................................................................................203
2.9.9.3. DRE do empreendimento .............................................................................................204
2.9.9.4. Fluxo de caixa do empreendimento ..............................................................................210
2.9.9.5. Tempo Interno de Retorno ...........................................................................................210
2.9.9.5.1. Taxa mínima de atratividade ........................................................................................210
2.9.9.5.2. Taxa interna de retorno do empreendimento ................................................................211
2.9.9.6. DRE do acionista ..........................................................................................................211
2.9.9.7. Fluxo de caixa do acionista ..........................................................................................215
2.9.9.7.1. TIR do acionista ...........................................................................................................216
2.9.10. Ponto de Equilíbrio ........................................................................................... 215
3. Referências Bibliográficas .................................................................................... 216

PROJETO TÉCNICO

1. Introdução
1.1. Objetivo

Este trabalho estuda a viabilidade de implantação de uma destilaria no Brasil,
nomeada por Destilaria Brasnipo. Para isso, deve ser levada em consideração toda a
parte técnica (fluxograma, balanços de massa e energia, dimensionamento de
equipamentos). A empresa produzirá os dois tipos mais comuns de álcool (anidro e
hidratado), que possuem diversas aplicações, como combustível, fármacos, cosméticos e
bebidas.

1.2. A cana-de-açúcar
A cana-de-açúcar, nome comum de uma herbácea vivaz, planta da família das
gramíneas, espécie Saccharum officinarum, originária da Ásia Meridional, é muito
cultivada em países tropicais e subtropicais para obtenção do açúcar, do álcool e da
aguardente, devido à sacarose contida em seu caule, formado por numerosos nós.
Os colmos, caracterizados por nós bem marcados e entrenós distintos, quase
sempre fistulosos, são espessos e repletos de suco açucarado. As flores, muito pequenas,
formam espigas florais, agrupadas em panículas e rodeadas por longas fibras sedosas,
congregando-se em enormes pendões terminais de coloração cinzento-prateado.
Existem muitas variedades de cana-de-açúcar (Figura 1), o que é algo muito
bom, embora isto torne difícil a tomada de decisão de qual plantar, já que requer muito
mais conhecimento do produtor rural acerca das opções disponíveis. É importante que o
produtor possua uma diversidade de variedades e cultivares de cana-de-açúcar na
lavoura, pois assim pode diminuir a possibilidade de que uma praga ou doença se
prolifere dentro do canavial, causando prejuízos.

Figura 1 – Variedades de cana-de-açúcar.

Foto: Raffaella Rossetto

A grande quantidade de tipos de cana-de-açúcar se deve ao melhoramento
genético, que é considerado um dos principais fatores agronômicos que podem
contribuir com o aumento da produtividade, permitindo desenvolver variedades que se
adaptem melhor às condições adversas de solo e clima e à incidência de pragas e
doenças, assim como ao sistema de colheita.
A produtividade média dos canaviais aumentou de 43 toneladas por hectare, em
1961, para 74 toneladas por hectare, em 2005, e grande parte desse aumento pode ser
atribuída ao uso de variedades geneticamente melhoradas. A máxima produtividade em
cana-de-açúcar depende, também, de um correto planejamento de plantio e de adequado
manejo das variedades, as quais devem atender a exigências tanto no campo como na
indústria, para maximizar lucros.
As variedades de cana-de-açúcar mais utilizadas no Brasil, distribuídas por
instituição de pesquisa, encontram-se na tabela 1, a seguir.Tabela 1 – Variedades mais utilizadas de cana

Para aumentar-se a produtividade, é
dentro das opções de variedades ofertadas pelas instituições de pesquisa, aquelas que
melhor se adaptam às condições locais. Então, deve
em características como o porte da cana e o fechamento da en
levar à redução dos custos de manejo e colheita, além de maturação, volume de matéria
Variedades mais utilizadas de cana-de-açúcar no Brasil, por instituição de pesquisa.
se a produtividade, é importante que cada produtor selecione,
variedades ofertadas pelas instituições de pesquisa, aquelas que
melhor se adaptam às condições locais. Então, deve-se prestar atenção
características como o porte da cana e o fechamento da entrelinha, que podem
dos custos de manejo e colheita, além de maturação, volume de matéria
10
açúcar no Brasil, por instituição de pesquisa.

importante que cada produtor selecione,
variedades ofertadas pelas instituições de pesquisa, aquelas que
se prestar atenção
trelinha, que podem
dos custos de manejo e colheita, além de maturação, volume de matéria-

prima, entre outros, como pode ser observado na Tabela 2, para a Região Centro
seguir.

Tabela 2 - Características das variedades de cana
Brasil.
prima, entre outros, como pode ser observado na Tabela 2, para a Região Centro
Características das variedades de cana-de-açúcar mais plantadas na Região Centro
11
prima, entre outros, como pode ser observado na Tabela 2, para a Região Centro-Sul, a
úcar mais plantadas na Região Centro-Sul do

Deve-se também, minimizar os riscos em relação às doenças e pragas, até
mesmo aquelas que ainda não ocorreram. Em 1984, a variedade mais plantada, NA56
79, ocupava 43% da área nacional, sendo que a
plantadas correspondiam a 70% de toda área plantada com cana. Em 2005, foi
necessário somar as áreas das oito variedades mais significativas para atingir 60% da
área plantada, sendo que as variedades mais utilizadas ocupam a
cana no país. Este fato contribui para a estabilidade da cultura diante de possíveis
epidemias, uma vez que a diversificação genotípica cria uma barreira para os surtos
epidêmicos.

se também, minimizar os riscos em relação às doenças e pragas, até
mesmo aquelas que ainda não ocorreram. Em 1984, a variedade mais plantada, NA56
79, ocupava 43% da área nacional, sendo que a soma das quatro variedades mais
plantadas correspondiam a 70% de toda área plantada com cana. Em 2005, foi
necessário somar as áreas das oito variedades mais significativas para atingir 60% da
área plantada, sendo que as variedades mais utilizadas ocupam apenas 12% da área de
cana no país. Este fato contribui para a estabilidade da cultura diante de possíveis
epidemias, uma vez que a diversificação genotípica cria uma barreira para os surtos
12

se também, minimizar os riscos em relação às doenças e pragas, até
mesmo aquelas que ainda não ocorreram. Em 1984, a variedade mais plantada, NA56-
soma das quatro variedades mais
plantadas correspondiam a 70% de toda área plantada com cana. Em 2005, foi
necessário somar as áreas das oito variedades mais significativas para atingir 60% da
penas 12% da área de
cana no país. Este fato contribui para a estabilidade da cultura diante de possíveis
epidemias, uma vez que a diversificação genotípica cria uma barreira para os surtos
13

1.3. Histórico

O setor açucareiro, já no século XVI, foi a primeira atividade produtiva
organizada pelo colonizador português no solo brasileiro. Até o início do século XVIII
esta atividade tinha absoluta preponderância dentre todas as atividades econômicas
desenvolvidas pela colônia. Diversos fatores, contudo, alteraram esta situação trazendo
uma persistente decadência neste setor produtivo desde então. A estagnação do setor
açucareiro nacional perduraria durante o século XIX quando, como fator agravante da
crise, foi viabilizada a produção de açúcar de beterraba pelos países europeus. Durante
grande parte do século XX, mesmo com a modernização da agroindústria açucareira
através da transformação dos antigos engenhos e bangüês em usinas de açúcar, o Brasil
se manteria periférico em termos da participação global no mercado internacional deste
produto. Assim, a capacidade de sobrevivência deste setor baseou-se no mercado
interno, sendo que as exportações eram feitas com o objetivo de escoar a produção
doméstica excedente, quase sempre de forma gravosa.
Já em 1929 com a grande depressão o governo brasileiro motivou algumas
medidas envolvendo o álcool. Essas medidas tinham como objetivo solucionar os
problemas dos excedentes de cana não utilizados na fabricação de açúcar e do próprio
açúcar não consumido internamente, e nesse sentido, percebe-se que essa política estava
mais relacionada com a crise da indústria açucareira do que com a busca de uma
solução para a substituição de combustíveis líquidos no País.
Dentro de uma concepção que previa uma forte presença do Estado na economia
e na sociedade, foi criado nos anos 1940 o Estatuto da Lavoura Canavieira (Decreto Lei
nº 3.855 de 21/11/1941) que criava regulamentações nas relações entre as usinas e os
fornecedores de cana-de-açúcar, e entre estes e os trabalhadores canavieiros. Nos início
dos anos 1950, a economia açucareira brasileira sofreu importantes alterações na
distribuição regional da produção e começaram a ocorrer novos movimentos
modernizadores da economia açucareira no Brasil. O grande impulso ao setor açucareiro
brasileiro, contudo, ocorreu na década de 1960.
O mercado internacional do açúcar permaneceu bastante aquecido durante a
década de 1960 e começo dos anos 1970. Contudo, o mercado açucareiro, dadas suas
características de commodity, é de se esperar que após um dado período de elevação de
preços estes venham a declinar mediante o ingresso de novos produtores e pela
expansão da área e da escala de produção das unidades já operantes, estimuladas, por
14

sua vez, pelo próprio processo de maior lucratividade. Tais tendências voltariam a se
manifestar em 1975, quando ocorreu um forte declínio do preço do açúcar no mercado
internacional. Esta queda, por outro lado, também se associou à própria crise da
economia mundial na segunda metade dos anos 1970, quando eclodiu o primeiro
choque do petróleo.
No Brasil os efeitos foram imediatos: a balança comercial teve um forte déficit
5
devido ao grande volume de petróleo do qual o país dependia externamente, que
coincidiu com a crise iminente no mercado mundial de açúcar. Frente a esses sérios
problemas macroeconômicos, havia suas consequências na economia nacional, ou seja,
reservas cambiais reduzidas, exportações em declínio, e falta de crédito internacional. O
governo anunciou medidas para corrigir o déficit, tomando para si a responsabilidade de
reverter o estilo de desenvolvimento com base na dependência externa, com programas
alternativos para substituir importantes derivados do petróleo: Proóleo, Procarvão e o
Proálcool.

1.3.1. Programa nacional do álcool – Proálcool

Em meados da década de 1970, quando da reversão das expectativas do mercado
internacional de açúcar, o setor canavieiro havia se expandido e era necessária a
continuidade dos aumentos da produção para amortizar os investimentos efetuados.
Neste contexto surgiu o Proálcool, tendo como objetivos economizar divisas, diminuir
as importações de petróleo e garantir a ocupação da capacidade ociosa das usinas.
Assim, houve um crescimento da produção de álcool etílico anidro em destilarias
anexas (majoritariamente, em um primeiro momento), ou autônomas, para ser misturado
à gasolina substituindo o chumbo tetraetila.
A primeira fase do programa envolveu o financiamento para construção de
destilarias autônomas e anexas às usinas, o incremento na utilizaçãoda mistura etanol
anidro-gasolina, e o desenvolvimento por parte da indústria automobilística da
tecnologia para fabricação, em larga escala, de automóveis movidos a etanol hidratado.
Com o aumento da adição do álcool etílico anidro à gasolina foi necessária a ampliação
da produção deste produto, incluindo a instalação de novas unidades produtivas. Os três
mecanismos principais que o governo brasileiro lançou mão para incentivar a produção
do álcool etílico carburante foram: fixação de preços remuneradores, a concessão de
15

empréstimos para investimentos em condições vantajosas, e a garantia de mercado.
Desta maneira, o Proálcool não somente manteve elevada a demanda do setor
sucroalcooleiro, como permitiu um acentuado aumento do mercado alcooleiro, que até
então assumira um caráter absolutamente residual para os produtores do setor.
Com o segundo choque do petróleo, em 1979, o governo reorientou o Proálcool.
O Conselho de Desenvolvimento Econômico decidiu investir na segunda etapa do
programa, apontando para a produção do álcool etílico carburante não mais como mero
complemento a ser adicionado à gasolina (o etanol anidro), mas como combustível (o
etanol hidratado) para ser utilizado nos “carros a álcool” (automóveis com motores ciclo
Otto que foram modificados para operar com 100% de álcool etílico hidratado),
destinando recursos para a expansão da área plantada das destilarias anexas, para
implantação das destilarias autônomas, para melhoria técnica da matéria prima e para o
sistema de armazenamento. Criou-se, também, a Comissão Executiva Nacional do
Álcool (CENAL), responsável pela execução das decisões referentes ao programa.
Contando com esta série de incentivos, a indústria automotiva passou a
colaborar de forma bastante ativa com o Proálcool. Já nos anos 1980 e 1981 a produção
de veículos a álcool chegou a quase 30% do total de automóveis (veículos de passeio e
utilitários) fabricados no Brasil. Este percentual cresceu para 88% em 1983, 94,8% em
1985 e atingiu seu auge em 1986, quando 96% dos veículos produzidos no Brasil eram
movidos a etanol hidratado. Igualmente, o público consumidor, estimulado por uma
forte propaganda governamental, que tinha como lema “este pode usar que não vai
faltar”, alusão a crise do petróleo e ao fato do álcool ser renovável e totalmente
produzido no Brasil, aderiu ao programa comprando entre 1980 e 1986 um total de
aproximadamente 3 milhões de carros movidos a etanol hidratado.
Durante a década de 1980 o programa atingiu seu auge em termos de recursos
investidos, veículos a álcool fabricados e vendidos e em termos da própria confiança do
público consumidor. Entretanto, a partir de 1989, com a crise de desabastecimento no
final daquele ano, caiu a confiança da população no abastecimento de álcool e houve
drástica redução das vendas dos veículos a álcool, que chegaram a 11,04% em 1990,
menos de 1% em 1996 e foram quase nulas em 1997.
O ano de 1989 foi um divisor de águas na história do complexo agroindustrial
canavieiro: naquele ano houve desabastecimento de álcool etílico hidratado,
anteriormente mencionado, e foi preciso importar

etanol e metanol para que a demanda
16

fosse atendida. Naquele instante, o consumo aparente de etanol hidratado superou a
produção pela primeira vez desde a criação do Proálcool.
Em 2003, com o advento dos veículos flex-fuel, e com a grande aceitação desses
por parte dos consumidores, houve um reaquecimento no consumo de etanol hidratado
no mercado interno, o que abre um novo horizonte para a expansão da agroindústria da
cana no Brasil. Esta tecnologia, além de modificar o perfil da produção brasileira de
automóveis, pode resgatar a confiança do consumidor no álcool etílico hidratado, ao
oferecer ao proprietário deste veículo a opção de uso da gasolina ou/e etanol hidratado,
optando pelo combustível que tiver melhor preço, qualidade, características de
desempenho, consumo ou mesmo disponibilidade.
O crescimento da frota flex e a manutenção da competitividade do preço do
etanol em relação ao da gasolina fizeram com que as vendas do etanol hidratado
quintuplicassem em cinco anos. Desde abril de 2008, a venda mensal de etanol
(somados o hidratado e o anidro) superou a de gasolina pura – um marco inédito e
admirado no mundo. Graças a esse feito, pode-se afirmar que no Brasil o “combustível
alternativo” hoje é a gasolina.

1.4. Produto

Por ser uma molécula muito simples, de fácil obtenção, de baixo peso molecular,
contendo oxigênio, miscível com a grande maioria dos líquidos de baixo peso
molecular, o álcool etílico (etanol) encontra grande aplicação na natureza, como
combustível, solvente industrial, antisséptico, conservante, fabricação de bebidas, etc.
Pode ser fabricado pela via bioquímica (fermentações de açúcares), ou pela via química,
principalmente, a partir da hidratação do etileno, encontrando neste caso aplicações
restritas, como a produtos industriais não destinados ao consumo humano e a
combustível.
É um líquido incolor, de odor aromático, de sabor ardente e por ser muito
higroscópico retira a umidade das mucosas. É bem conhecido o uso humano do etanol
na forma de bebidas como cervejas, vinhos, licores, destilados e derivados. Ingerido em
pequenas doses e diluído, primeiro reanima (excita) o organismo humano, mas com a
ingestão continuada em doses repetidas, produz queda da temperatura do corpo, já que
atua como narcótico, conduzindo a embriaguez e, finalmente, a um estado de
prostração. Tomado puro, ou diluído em grandes quantidades, é tóxico. É solúvel na
17

água em todas as proporções, sendo ávido pela água, característica esta que o faz ser um
excelente agente para impedir a putrefação, pois desidrata os tecidos em contato com o
mesmo, sendo, então, usado na conservação de alimentos, frutas, impedindo a sua
fermentação.
É um solvente fortemente polar devido ao radical hidroxila (HO-) e por isso tem
grande afinidade com a água, numerosas substâncias de estrutura polar, compostos
orgânicos e inorgânicos, dissolvendo também essências, hidrocarbonetos, graxas, etc.
O álcool obtido por fermentação de açúcares é então separado do vinho que lhe
deu origem, por destilação e em seguida concentrado até perder a água consigo
arrastada. Na coluna de retificação, à medida que os vapores alcoólicos vão subindo os
estágios (pratos) de concentração, a concentração dos vapores alcoólicos vai
aumentando até atingir (teoricamente) um ponto em que a partir daí não é mais possível
obter concentração, pois os vapores produzidos passam a ter a mesma concentração do
líquido que lhes está dando origem. Este ponto é chamado de “azeótropo” e corresponde
a uma concentração máxima de 97,1% em volume (v/v), equivalente a 95,5% em massa
(m/m), sendo o restante, água. A partir daí, se for desejado maior concentração, é
preciso utilizar alguma técnica de desidratação do álcool, estando disponíveis
atualmente vários processos, os mais usados sendo pela adição de um terceiro
componente como o ciclo-hexano que irá formar outro azeótropo de ponto de ebulição
mais baixo (destilação azeotrópica), ou pela adição de etileno-glicol ou glicerina
(destilação extrativa), ou ainda através de adsorção em “zeólitos” (material
microporoso, em “bolinhas”, semelhante a uma cerâmica), sendo a água depois extraída
do zeólito pela aplicação de vácuo, processo este denominado “peneira molecular”.
A formação do azeótropo determina então a divisão dos tipos (classes)
comerciais de álcool, em álcool hidratado, quando o álcool é concentrado até
basicamente 96,0% v/v (93,8% m/m), e álcool anidro ou absoluto, na concentração
mínima de 99,0% v/v (98,4% m/m), portanto, com teor de água menor que 1%. A
desidratação somente é aplicável quando o processo em que o álcool for utilizado não
admitir a presençade água, devendo-se considerar que o processo de desidratação pode,
além do custo adicional, agregar algum residual do produto desidratante utilizado,
deteriorando, conforme o uso, a qualidade do produto.

1.5. Especificações do álcool

Entendendo-se que a tecnologia de produção do álcool determina a existência
basicamente em duas classes, álcool hidratado (hydrous alcohol) e álcool anidro ou
absoluto (absolute or anhydrous alcohol), pode-se, então, evidenciar as especificações
de cada classe segundo as aplicações a que é destinado.

1.5.1. Álcool hidratado (Hydrous alcohol)

A nível internacional pode-se dizer que o álcool hidratado é utilizado em várias
aplicações, sendo as mais comuns as seguintes:

Uso potável, alimentício e farmacêutico: fabricação de bebidas (vodka, gim,
licores, etc.), fabricação de vinagre, fabricação de alimentos (precipitante, solvente,
etc.), solvente de aromas (aromatizante) na fabricação de alimentos e cigarros, na
extração de produtos medicinais de plantas e tecidos animais, na fabricação de vacinas,
antibióticos, antisséptico, etc.;

Cosméticos: fabricação de perfumes, desodorantes, cremes, produtos de toalete
em geral, etc.;

Industrial: fabricação de detergentes, produtos de limpeza, tinturas, têxteis,
pinturas, solventes, etc.;

Combustível: veículos (Brasil), aplicações especiais.

Como todo produto, o álcool pode conter alguma substância residual de onde foi
extraído, advindo daí a necessidade de purificá-lo ao grau necessário a sua aplicação,
entendendo-se então, que quanto mais nobre seja a aplicação, mais requisitos de
qualidade são aplicáveis.
No tocante à especificação, o primeiro parâmetro importante seria o conteúdo de
água presente, definido apropriadamente como o “grau alcoólico do álcool” (querendo-
se dizer grau alcoólico = 100 – água), já que as demais impurezas, via de regra, estão
presentes em quantidades tão pequenas que não modificam substancialmente o grau
19

alcoólico. Quando a proporção das impurezas é relevante, sejam originalmente
presentes no álcool ou adicionadas como “desnaturante”, esta consideração não é
aplicável. O grau alcoólico do álcool é normalmente analisado através da determinação
da sua massa específica a 20°C, cuja correspondência com o grau alcoólico pode ser
lida numa tabela.
Quando o álcool se destina a aplicações nobres (produtos de uso humano ou
veterinário), como no caso do Álcool Neutro, todas estas impurezas podem ser
removidas do álcool, por técnicas de destilação extrativa (hidrosseleção), sendo então
eliminadas a um nível que não são mais detectadas por um cromatógrafo a gás. Quando
o álcool se destina a um uso menos nobre, como álcool combustível, então, estas
substâncias não necessitam ser separadas, pois algumas delas são combustíveis até
melhor que o próprio álcool.
Os parâmetros descritos abaixo são também utilizados para a medição da
qualidade do álcool hidratado, sendo utilizados segundo o grau de qualidade requerido
para a aplicação do álcool.

Acidez: expressa em ácido acético, indica a quantidade de impurezas que dão o
caráter ácido ao álcool; é medida por neutralização com solução diluída de soda
cáustica, em presença do indicador fenolftaleína.

Condutividade elétrica: informa de modo qualitativo a presença de íons, como
traços de sais minerais e substâncias orgânicas ionizáveis.

Resíduo fixo: mede a quantidade de substâncias pesadas presentes no álcool, que
não são evaporadas quando o álcool é submetido à evaporação a 105°C.

Teste de Barbet (ou Teste de Permanganato): consiste em reagir o álcool com
solução de permanganato de potássio, que é fortemente oxidante, e o tempo necessário
para consumir o permanganato, identificado pela mudança de cor da solução, indica o
nível de substâncias redutoras presentes no álcool. A reação do permanganato é
fortemente influenciada pela presença de aldeídos no álcool, que são substâncias ávidas
por oxigênio.

Absorbância: medida por um espectrofotômetro, na região da luz ultravioleta, dá
indicação qualitativa da presença de impurezas do tipo crotonaldeído, benzeno e outras,
notadamente compostos cíclicos ou que contenham dupla ligação.

1.5.2. Tipos de álcool hidratado

De acordo com a aplicação a que se destina, pode-se, então concluir que são
distinguidos, basicamente três tipos de álcool hidratado: Álcool Neutro (Neutral
Alcohol), Álcool Industrial (Industrial Alcohol) e Álcool de Baixa Qualidade (Low
grade Alcohol), incluindo-se neste último tipo, o álcool hidratado destinado a uso como
combustível.
O Álcool Neutro é o de melhor qualidade, mais puro, sendo próprio para
qualquer aplicação que envolve o consumo humano ou veterinário. É virtualmente
isento de qualquer impureza e seu nome “neutro” deriva do fato de que tem odor típico
de álcool, e é diferente de um álcool que contenha traços de alguma impureza. Mesmo
assim, dependendo da aplicação, pode tolerar a presença de traços de alguma impureza
menos agressiva, principalmente se não utilizado em produtos de consumo humano
interno. Na tabela 3 temos as especificações do álcool neutro:

Tabela 3 - Especificação típica de Álcool Neutro
Massa Específica a 20°, g/mL,
máximo 0.8071
Grau Alcoólico, % v/v,
mínimo 96.1
Acidez, em ácido acético,
mg/L, máximo 10
Condutividade, µS/m,
máximo 50
Teste de Permanganato a
20ºC, mínimo 30
Absorbância, 220 nm,
máximo 0.3
Absorbância, 230 nm,
máximo 0.18
Acetal, mg/L não detectável
Acetona, mg/L não detectável
Álcoois superiores, mg/L,
máximo 5
Aldeídos, mg/L, máximo 5
Crotonaldeído, mg/L não detectável
Metanol, mg/L, máximo 5
Ésteres, mg/L, máximo 10
Aspecto límpido e isento de materiais em
suspensão
Teste sensorial livre de odores estranhos

O Álcool Industrial tem uso em uma grande quantidade de produtos industriais
que não seja para a fabricação de produtos que envolvam o consumo humano. Sua
qualidade depende da necessidade específica de cada aplicação, mas em geral é
requerida a graduação alcoólica mínima de 96,0% v/v, e teores relativamente baixos de
impurezas.
O Álcool de Baixa Qualidade é um álcool menos elaborado, em geral produzido
em colunas que não visam à extração das impurezas citadas e tem aplicação geral menos
nobre e, principalmente, como combustível; dependendo da legislação, deve ser
desnaturado. Um álcool de baixa qualidade, que não tenha recebido qualquer outro
produto, pode também ser utilizado como matéria prima para a fabricação de álcool
neutro. Os parâmetros de especificação em geral limitam-se ao grau alcoólico, acidez e
condutividade.

1.5.3. Álcool Anidro (Absolute or Anhydrous Alcohol)

É o álcool cuja aplicação não tolera a presença significativa de água. O álcool
anidro é utilizado em aplicações industriais como reativo, solvente, na fabricação de
aerossóis (inseticidas, repelentes de insetos, desodorantes de ambientes, fungicidas,
etc.). Também aplicações de álcool neutro, como em aerossóis, podem requerer a
necessidade de desidratá-lo, sendo neste caso indicado ser produzido através da técnica
da peneira molecular, que não incorpora nenhuma outra substância residual.
A aplicação mais generalizada do álcool anidro é como combustível (motor fuel
grade ethanol / MFGE), na forma de aditivo a gasolina, principalmente, melhorando a
combustão, pelo aumento da octanagem e pela presença de oxigênio na molécula do
álcool, reduzindo a liberação de monóxido de carbono. Nos EUA, passou a ser utilizado
como combustível principal, contendo um mínimo de 15% v/v de gasolina, nos veículos
denominados FlexibleFuel Vehicles (FFV). Em termos de especificação, o principal
parâmetro, então, passa a ser o teor de água presente, sendo nos EUA admitido um teor
máximo de água de 1,0% v/v, enquanto que no Brasil 0,4 %v/v (correspondente a 0,7
%m/m, definido pelo grau mínimo de 99,3°INPM).
Os diagramas de equilíbrio para misturas de álcool a gasolina mostram que
quando se adiciona álcool em pequenas proporções, dependendo do teor de água no
álcool e em baixas temperaturas, poderá haver a separação da água formando uma fase
rica em água que pode se acumular no fundo do tanque de combustível de um veículo,
havendo então dificuldade de se conseguir dar partida. Para um teor de 5% de álcool na
gasolina, a 0°C, a tolerância à água seria da ordem de 0,07% da mistura. Calcula-se que
neste caso o álcool para não haver separação de fases deveria ter um grau mínimo de
99,0 %v/v. Se a mistura à gasolina fosse de 10%, o grau mínimo deveria ser de 98,6%,
se fosse de 15%, 98,3% e se fosse de 30%, de 97,8 % m/m. Mas se a temperatura for de
15°C, o grau mínimo do álcool nos quatro exemplos citados seria, respectivamente,
98,7%, 98,2%, 97,7% e 97,2%. Conclui-se com isso, que não há risco algum de haver
separação de fases se o álcool anidro tiver um grau alcoólico mínimo de 99,0 %v/v, e as
especificações americanas são no mínimo sensatas e baseadas em fundamentos técnicos,
o que não aconteceu no Brasil, onde o teor de 99,3% m/m (99,6 %v/v) foi fixado
puramente em função de valores históricos praticados. Assim, faz sentido o Brasil
baixar a graduação do álcool anidro para pelo menos 99,3 %v/v (e abandonar o uso do
grau INPM), facilitando o processo de produção e reduzindo o seu custo. A mudança de
23

°INPM para %v/v (que o mesmo que °GL) visa se ajustar ao mercado mundial, pois esta
unidade é utilizada universalmente.
Os parâmetros acidez e condutividade são também especificados para o álcool
anidro, como forma de controlar o caráter ácido e a presença de sais dissolvidos no
álcool. A presença de algum traço significativo de cobre e cloretos no álcool pode
comprometer a mistura combustível gasolina-álcool, pela formação de gomas e
produtos corrosivos, sendo então especificados limites também para estes elementos.

1.5.4. Produtos secundários da reação

A relação abaixo dá uma ideia dos possíveis produtos secundários presentes no
álcool oriundo de fermentação, geralmente em pequenas concentrações (partes por
milhão, ppm ou mg/L) podendo então ser especificadas suas concentrações máximas
toleradas, em função da aplicação do álcool.

Acetal, ou dietilacetal (CH3-CH=(O-CH2-CH3)2):

Formado a partir de acetaldeído e álcool, líquido volátil, PE 102,7°C. É
substância tóxica, hipnótica.

Acetona (CH3-CO-CH3):

Oriundo do isopropanol, volátil, PE 56,5ºC. Por inalação produz dores de
cabeça, fadiga, excitamento, irritação dos brônquios.

Ácidos orgânicos:

Principalmente o ácido acético CH3-COOH, que geralmente não causa danos a
ingestão humana, mas que pode formar outros compostos pela reação destes ácidos com
o álcool (reação de esterificação). Podem também dar um caráter muito ácido ao álcool,
ocasionando corrosão ou modificação de cor ou estabilidade do produto que o contém.

Álcoois superiores:

N-Propanol (PE 97,2ºC), I-Butanol (PE 117,5ºC), I-Amílico (PE 132ºC). São
álcoois com três, quatro e cinco carbonos, que se formam pela decomposição de células
de leveduras. Têm odores intensos, irritante aos olhos, membranas mucosas, causando
depressão.

Aldeído acético (Acetaldeído) (CH3-CHO):

Forma-se nas etapas intermediárias do ciclo biológico da produção do etanol.
Volátil, PE 21ºC, odor pungente, ação narcótica.
Carbamato de etila, ou Uretana (NH2COOC2H5):

Forma-se na destilação de vinhos produzidos com uréia como nutriente. É
anestésico, cancerígeno.

Crotonaldeído (CH3-CH=CH-CHO):

Resulta da combinação de dois aldeídos acéticos. PE 104ºC, vapor lacrimejante,
extremamente irritante aos olhos, pele e membranas mucosas.

Diacetil (CH3-CO-CO-CH3):

Forma-se a partir de metil etil cetona. PE 88ºC. Líquido amarelo esverdeado,
vapores com odor de cloro. Quando presente no álcool e em bebidas engarrafadas, deixa
gosto ruim na bebida.

Ester (acetato de etila) (CH3-COO-CH2-CH3):

Forma-se pela combinação de ácido acético e álcool. PE 77ºC. Odor de frutas no
álcool. É não tóxico em baixas concentrações, apresentando gosto agradável.

Metanol (CH3OH):

Forma-se devido à presença de compostos de pectinas. PE 64,7ºC. Perigoso
quando ingerido, inalado ou absorvido pela pele. Provoca dores de cabeça, fadiga,
náusea. Causa cegueira e mata quando ingerido puro (que não é o caso) em doses da
ordem de 30 ml.

Metil-etil-cetona (CH3-CO-CH2-CH3):

Forma-se por oxidação de i-butanol. PE 79,6ºC. Inflamável, odor de acetona,
forma azeótropo com a água (73,4ºC).

1.6. Fluxograma

1.6.1. Diagrama da Cebola

O Diagrama de Cebola, usado para representar o fluxograma da nossa indústria,
tem esse nome por lembrar o formato de uma cebola, dividida em suas camadas. Cada
uma dessas camadas representa setores pré-definidos da planta. O núcleo leva o
“coração” da planta, que normalmente são os reatores principais, e no nosso caso são os
fermentadores. A segunda camada é destinada aos processos de separação de produtos e
subprodutos, como por exemplo, na destilaria, as colunas de destilação, entre outros. A
terceira camada é para os trocadores de calor, e a última para as utilidades, como a
caldeira, que é muito importante na produção de etanol através da cana de açúcar.
Na figura 2, temos a representação do fluxograma da nossa planta industrial
baseada no Diagrama de Cebola.

Figura 2 - Diagrama da Cebola – Destilaria Brasnipo.

1.6.2. Fluxograma Detalhado

A seguir, a figura 3 nos dá, através do fluxograma detalhado no processo, uma
visão total do processo de produção de etanol hidratado e anidro, englobando o
tratamento dos efluentes e da água.

Figura 3 – Fluxograma detalhado do processo de produção de etanol.

Para uma melhor visualização do processo, dividimos o processo total em macro
setores, os quais são: Moagem (extração), Tratamento do Caldo, Fermentação,
Separação, Produto, Energia, ETE (estação de tratamento de efluentes) e ETA (estação
de tratamento de água).
Primeiramente, temos a figura 4, a qual representa o fluxograma do macro setor
Moagem.

Figura 4 – Fluxograma da Moagem.

A seguir, temos o fluxograma do macro setor Tratamento do Caldo,
representado pela figura 5:

Figura 5 – Fluxograma do Tratamento do Caldo.

A figura 6 nos fornece o fluxograma do macro setor Fermentação:

Figura 6 – Fluxograma da Fermentação.

O macro setor pelo qual o produto final é obtido é a Separação, e está
representado na figura 7, a seguir:

Figura 7 – Fluxograma da Separação.

O macro setor onde ocorre a armazenagem e a distribuição é representado na
figura 8:

Figura 8 – Fluxograma do Produto.

O macro setor Energia é de extrema importância também, pois a planta é
autossustentável em energia, produzida através do bagaço da cana. Este macro setor está
representado na figura 9:
Figura 9 – Fluxograma da Energia.

Por fim, temos os dois últimos macro setores, o da ETE e o da ETA,
representados nas figuras 10 e 11, respectivamente:

Figura 10 – Fluxograma da ETE.Figura 11 – Fluxograma da ETA.

1.7. Balanço de massa

A Destilaria Brasnipo produzirá diariamente 403668.85 litros de etanol
hidratado e 97837.50 litros de etanol anidro, totalizando 501506,35 litros de etanol. A
partir disto, temos que 80.49% do etanol produzido é etanol hidratado e 19.51% é
anidro.

1.7.1. Transporte

Como a cana-de-açúcar é a matéria prima principal na produção de etanol, ela
deve ser transportada do campo, onde é colhida, até a destilaria para que possa ser
processada.
Esse transporte é realizado através de caminhões chamados de Julietas, os quais
têm capacidade de transportar 17 toneladas de cana por viagem, e cada caminhão puxa
duas julietas.
Nossa produção de etanol requer 340 toneladas de cana por hora sendo
processadas, portanto, temos:

340
34
= 10

Assim, podemos ver que precisamos de 10 caminhões chegando carregados de
cana por hora.

1.7.2. Mesa Alimentadora e Tratamento da Água de Lavagem
A mesa alimentadora é o equipamento que recebe a cana-de-açúcar bruta, suja, e
realiza a lavagem da mesma. Essa lavagem é realizada através de uma água que opera
em circuito fechado, e que, pelo fato de haver perdas, deve ser reposta.

Figura 12 – Mesa alimentadora.

A seguir, temos a composição da cana bruta, que foi obtida através da literatura,
como um padrão de composição observado ao longo da história, e a vazão por
componente obtida através da vazão total já conhecida, por ser necessária para produzir
o etanol desejado.
Além disso, podemos acompanhar o grau Brix em cada etapa do processo,
sabendo que este é a quantidade de sólidos solúveis por 100 gramas de solução. É
importante ressaltar que trabalharemos as vazões sempre na unidade de tonelada por
hora.
Tabela 4 – Cana bruta.

Cana Bruta
Composição
Vazão
(t/h)
Água 0.698 237.456
Sacarose 0.116 39.576
Fibras 0.126 42.874
Impurezas 0.029 9.894
Sujeira 0.030 10.200
Total 1.000 340.000
°Brix 0.172
Temperatura (°C) 25.0
34

A água utilizada para a lavagem dessa cana bruta, para a retirada de sujeiras, é
caracterizada a seguir. Devemos observar que ela é a soma da água reciclada (circuito
fechado) com a água reposta devido às perdas.
Tabela 5 – Água de reposição.
Água de Reposição
Composição Vazão (t/h)
Água 1 37.4
Total 1 37.4
Temperatura (oC) 25

Água Reciclada
Composição Vazão (t/h)
Água 1 710.6
Sacarose 0 0
Sujeira (s.s) 0 0
Total 1 710.6
Temperatura (oC) 25.0
Tabela 6 – Água de reciclo.
Tabela 7 – Água de lavagem total.
Água de Lavagem Total
Composição
Vazão
(t/h)
Água 1 748.0
Sacarose 0 0
Sujeira
(s.s) 0 0
Total 1 748.0
Temperatura (oC) 25.0

Depois da lavagem, temos a seguinte corrente de cana limpa:

Tabela 8 – Cana lavada.
Cana Lavada (Limpa)
Composição
Vazão
(t/h)
Água 0.716 237.456
Sacarose 0.119 39.339
Fibras 0.129 42.874
Impurezas 0.030 9.894
Sujeira 0.006 2.040
Total 1.000 331.603
°Brix 0.172
Temperatura (oC) 25.0

Dessa maneira, podemos observar uma quantidade grande de sujeira retirada da
cana bruta.
A última corrente referente à lavagem da cana é a água que foi utilizada na
lavagem e que é reciclada após passar por um tratamento em decantador. Vamos
aproveitar essa etapa do processo para já explicar o funcionamento desse tratamento.
A corrente de água que sai da mesa alimentadora é a seguinte:
Tabela 9 – Água de lavagem.
Água de Lavagem
Composição Vazão (t/h)
Água 0.989 748.000
Sacarose 0.000 0.237
Sujeira (s.s) 0.011 8.160
Total 1.000 756.397

Podemos perceber que junto com a sujeira, consideramos perdas de sacarose
durante o processo de lavagem, além de que consideramos uma retirada de 80% da
sujeira pela mesa alimentadora.
Essa água que foi utilizada para lavagem é enviada para um decantador, como
pode ser mostrado a seguir:

Figura 13 – Decantador.

A quantidade de água perdida é igual à quantidade de água reposta, portanto,
temos:
Tabela 10 – Água perdida.
Água perdida
Composição Vazão (t/h)
Água 1 37.4
Total 1 37.4
Temperatura (oC) 25

A quantidade de sujeira retirada pelo fundo do decantador é caracterizada a
seguir:
Tabela 11 – Sujeira.
Sujeira
Composição Vazão (t/h)
Sacarose 0.028 0.237
Sujeira(s.s) 0.972 8.160
Total 1 8.397

A corrente de sobrenadante que é reciclado para o processo de lavagem da cana
já foi apresentada anteriormente, mas será aqui, novamente posta:

Tabela 12 – Água reciclada.
Água Reciclada
Composição Vazão (t/h)
Água 1 710.6
Sacarose 0 0
Sujeira (s.s) 0 0
Total 1 710.6
Temperatura (oC) 25

A sujeira gerada nessa etapa do processo é acumulada em caminhões para serem
enviadas para seus destinos corretos.
O próximo passo do processo é o envio da cana lavada para a esteira onde
encontra os equipamentos: nivelador, picador e desfibrador.

1.7.3. Nivelador, Picador e Desfibrador.
Ao sair do processo de lavagem a cana entra na esteira que contém o nivelador,
o picador e o desfibrador, os quais são utilizados para facilitar a moagem, compactando
a cana, ou seja, diminuindo os vazios existentes no volume de cana processada. O
nivelador vai, como o próprio nome diz, nivelando a corrente de cana lavada; o picador
vai cortando a cana em pedaços pequenos e o desfibrador separa as fibras da cana
picada, fazendo com que o próximo processo, a moagem, seja possível de ser realizada.
Vale lembrar, que depois desses três equipamentos consecutivos, e antes de
entrar na moagem, a corrente de cana passa por um eletro-imã, o qual serve para reter
pedaços de metal que possam estar presentes na vazão de cana.
As únicas informações mais importantes que poderiam estar presentes no
balanço de massa dessa etapa são as referentes às perdas de processo, as quais estão
atreladas a uma espécie de rendimento. Nesse momento não consideramos perdas por
considerá-las insignificantes.

Figura 14 – Nivelador, Picador e Desfibrador.

Pelas explicações dadas anteriormente, temos que as correntes de entrada e saída
são iguais:
Tabela 13 – Cana lavada.
Cana Lavada (Limpa)
Composição Vazão (t/h)
Água 0.716 237.456
Sacarose 0.119 39.339
Fibras 0.129 42.874
Impurezas 0.030 9.894
Sujeira 0.006 2.040
Total 1.000 331.603
°Brix 0.172
Temperatura (oC) 25.0

Tabela 14 – Cana nivelada, picada e desfibrada.
Cana nivelada, picada e desfibrada
Composição Vazão (t/h)
Água 0.716 237.456
Sacarose 0.119 39.339
Fibras 0.129 42.874
Impurezas 0.030 9.894
Sujeira 0.006 2.040
Total 1.000 331.603
°Brix 0.172
Temperatura (oC) 25.0

Tendo passado por esse processo, a cana entra em uma das etapas mais
importantes do processo de produção de etanol, a extração do caldo, ou macro setor
Moagem.
1.7.4. Moendas
A cana nivelada, picada e desfibrada é moída para a retirada do caldo misto.
Para que esta extração de caldo seja realizada com sucesso, é utilizada a água de
embebição. Além das duas correntes que entram no processo, a de cana e a de água,
saem do processo outras duas correntes: o caldo misto e o bagaço.
A seguir temos a corrente de cana que entra nas moendas:
Tabela 15 – Cana nivelada, picada e desfibrada.
Cana nivelada, picada e desfibrada
Composição Vazão (t/h)
Água 0.716 237.456
Sacarose 0.119 39.339
Fibras 0.129 42.874
Impurezas 0.030 9.894
Sujeira 0.006 2.040
Total 1.000 331.603
°Brix 0.172
Temperatura (oC) 25.0E a água de embebição é caracterizada a seguir:
Tabela 16 – Água de embebição.
Água de Embebição
Composição Vazão (t/h)
Água ETA 0.7 69.637
Condensado 0.3 29.844
Total 1 99.481
Temperatura (oC) 60

O bagaço produzido é dado a seguir:
Tabela 17 – Bagaço.
Bagaço
Composição Vazão (t/h)
Água 0.490 41.225
Sacarose 0.023 1.967
Fibras 0.451 37.927
Impurezas 0.029 2.474
Sujeira 0.006 0.510
Total 1.000 84.102
Temperatura (oC) 33.8

A capacidade de extração das moendas é dada através de um rendimento de 95%
de extração da sacarose contida na cana processada. E então, temos a corrente de caldo
misto obtida:
Tabela 18 – Caldo misto.
Caldo Misto
Composição Vazão (t/h)
Água 0.852 295.712
Sacarose 0.108 37.372
Fibras 0.014 4.947
Impurezas 0.021 7.421
Sujeira 0.004 1.530
Total 1.000 346.981
°Brix 0.132
Temperatura (oC) 33.8

A partir disto, o caldo misto obtido é enviado para uma peneira rotativa para a
retirada de bagacilho.
1.7.5. Peneira Rotativa
A peneira rotativa separa o bagacilho do caldo misto, enviando esse bagacilho
para um filtro rotativo a vácuo, sobre o qual trataremos mais a frente.
O caldo misto que passa pela peneira é caracterizado a seguir:

Tabela 19 – Caldo misto.
Caldo Misto
Composição Vazão (t/h)
Água 0.861 292.485
Sacarose 0.110 37.218
Fibras 0.006 1.979
Impurezas 0.021 7.227
Total 0.997 339.827
°Brix 0.132
Pureza 0.837

1.7.6. Injeção de Ácido fosfórico na linha

Na linha de caldo misto é adicionado ácido fosfórico, o qual deve ser adicionado
de modo que sua concentração no caldo misto seja de 300 ppm.

Tabela 20 – Ácido fosfórico.
Ácido fosfórico
Concentração (ppm): 300
Vazão de caldo (t/h): 339.929
Vazão de ácido (t/h): 0.102

Para que o caldo tenha 300 ppm de ácido fosfórico, sabendo que a vazão de
caldo é de 339.929 t/h, é necessário que seja adicionado 0.102 t/h de ácido fosfórico.
Essa injeção é feita diretamente na linha.
1.7.7. Preparação e adição do Leite de Cal
O leite de cal é proveniente da reação (1) da água com a cal virgem, como
podemos ver a seguir:
��� +
�� → ��(�
)� (1)
Assim, pela estequiometria da reação (1), obtemos a quantidade de água
utilizada para reagir com o CaO, já que a relação de cal virgem (CaO) com a quantidade
de cana moída já é conhecida através da literatura.
Consideramos essa relação como sendo necessários 450g de CaO por tonelada
de cana moída.
42

Dessa forma, como sabemos a quantidade cana moída, temos consequentemente
a quantidade de cal virgem necessária.
Tabela 21 – Preparação do leite de cal.
Preparação do leite de cal
Cana moída (t): 340.000
Cal (t): 0.153
Leite de cal (t): 0.202
Água (t): 0.049
Relação(tcal/tcana): 0.00045
M.M. CaO (g/mol): 56.077
M.M. Ca(OH)2 (g/mol): 74.093

Assim, temos que a água utilizada para preparar o leite de cal é de 0.049 t/h,
produzindo 0.202 t/h de leite de cal. Essa vazão preparada é injetada na linha de caldo
misto. E o caldo tratado dessa forma, é enviado para o balão de flash.

1.7.8. Balão de Flash
O caldo misto tratado quimicamente com ácido fosfórico e leite de cal entra no
balão de flash, e devido ao fato de estar acima de sua temperatura de ebulição e sofrer
uma queda de pressão, faz com que ocorra a evaporação de parte da água contida no
caldo, concentrando-o.
Essa parte do tratamento serve para desfazer todas as bolhas de ar que possam
estar aderidas ao que deve ser decantado do caldo, pois essas bolhas impedem essa
decantação, segurando as partículas na superfície do caldo.

Figura 15 – Balão de flash.

O caldo que entra no balão de flash tem a seguinte composição:
Tabela 22 – Caldo misto.
Caldo misto
Composição Vazão (t/h)
Água 0.862 292.485
Sacarose 0.110 37.218
Fibras 0.006 1.979
Impurezas 0.021 7.227
Ácido fosfórico 0.000 0.102
Leite de cal 0.001 0.202
Total 1.000 339.213
°Brix 0.133
Temperatura (oC) 115.0

A corrente de água evaporada é mostrada a seguir:
Tabela 23 – Água evaporada.
Água evaporada
Composição Vazão (t/h)
Água 1.00 14.624
Total 1.00 14.624

Essa quantidade de água evaporada é dada na literatura como sendo 5% da água
contida na solução, e esta foi a consideração feita no balanço do balão de flash.

Tabela 24 – Caldo misto.
Caldo misto
Composição Vazão (t/h)
Água 0.856 277.861
Sacarose 0.115 37.218
Fibras 0.006 1.979
Impurezas 0.022 7.227
Ácido fosfórico 0.000 0.102
Leite de cal 0.001 0.202
Total 1.000 324.589
°Brix 0.139
Temperatura (oC) 115.0

Desta forma, o caldo misto sai do balão de flash um pouco mais concentrado do
que quando entrou. Ao sair do balão de flash, o caldo misto é conduzido ao decantador.

1.7.9. Preparação do Polímero
No decantador, o caldo é alimentado junto com uma solução de polímero, o qual
é responsável pelo processo de decantação das partículas da solução de caldo misto.
Esta solução de polímero é preparada segundo relações obtidas da literatura, a
qual diz que para cada tonelada de cana moída deve ser adicionados 3g de polímero.
Assim, podemos obter a quantidade de polímero adicionado:
Tabela 25 – Polímero necessário.
Polímero necessário
Cana moída (t/h): 340.000
Relação (gpolímero/tcana): 3
Polímero (t/h): 0.00102

Esse polímero é misturado com água para ser adicionado ao decantador, e a
literatura nos fornece que a concentração de polímero na solução com água deve ser de
0.05% em massa. Dessa forma, temos:

Tabela 26 – Solução de polímero.
Solução de polímero
Composição Vazão (t/h)
Polímero 0.0005 0.001
Água 0.9995 2.039
Total 1.000 2.040

Então, essa solução de polímero é adicionada juntamente com o caldo misto ao
decantador.
1.7.10. Decantador
Após sair do balão de flash, o caldo misto entra no decantador, onde também é
adicionado polímero, e de onde saem uma corrente de caldo clarificado e uma de
corrente de lodo.
Figura 16 – Decantador.

A seguir, temos a corrente de caldo misto que entra no decantador:

Tabela 27 – Caldo misto.
Caldo misto
Composição Vazão (t/h)
Água 0.856 277.861
Sacarose 0.115 37.218
Fibras 0.006 1.979
Impurezas 0.022 7.227
Ácido fosfórico 0.000 0.102
Leite de cal 0.001 0.202
Total 1.000 324.589
°Brix 0.139
Temperatura (oC) 115.0

A corrente de solução de polímero afluente ao decantador é:
Tabela 28 – Solução de polímero.
Solução de polímero
Composição Vazão (t/h)
Polímero 0.0005 0.001
Água 0.9995 2.039
Total 1.000 2.040

E a corrente de lodo que sai por baixo do decantador é caracterizada a seguir:
Tabela 29 – Lodo.
Lodo
Composição Vazão (t/h)
Água 0.353 5.598
Sacarose 0.047 0.744
Fibras 0.125 1.979
Impurezas 0.456 7.227
Ácido fosfórico 0.006 0.102
Leite de cal 0.013 0.202
Polímero 0.000 0.001
Total 1.000 15.853

Este lodo será tratado, mas a este processo será abordado mais a frente. Por
final, temos a outra corrente de saída do decantador, que é a de sobrenadante, ou
melhor, o caldo clarificado, mostrada a seguir:
47

Tabela 30 – Caldo clarificado.
Caldo clarificado
Composição Vazão (t/h)
Água 0.882 274.302
Sacarose 0.117 36.473
Fibras 0.000 0.059
Impurezas 0.001 0.217
Ácido fosfórico 0.000 0.003
Leite de cal 0.000 0.006
Polímero 0.0000001 0.00003
Total 1.000 311.061

Para chegarmos a essa corrente de caldo clarificado,consideramos um
rendimento de 97% do decantador na retirada de impurezas, fibras, ácido fosfórico, leite
de cal e polímero que vai para o lodo, e consideramos também que com o lodo sai 2%
do caldo (água e sacarose) da entrada do decantador.
1.7.11. Filtro do Caldo Clarificado
O caldo clarificado sobrenadante do decantador passa em seguida por um filtro
rotativo a vácuo, no qual se elimina mais uma parcela de partículas contidas no caldo.
Figura 17 – Filtro rotativo a vácuo.

A corrente que entra no filtro é a seguinte:

Tabela 31 – Caldo clarificado.
Caldo clarificado
Composição Vazão (t/h)
Água 0.882 274.302
Sacarose 0.117 36.473
Fibras 0.000 0.059
Impurezas 0.001 0.217
Ácido fosfórico 0.000 0.003
Leite de cal 0.000 0.006
Polímero 0.0000001 0.00003
Total 1.000 311.061

Esse processa gera, a partir de um rendimento de 99% na retirada de impurezas,
a seguinte corrente de lodo:
Tabela 32 – Lodo.
Lodo
Composição Vazão (t/h)
Água 0.809 2.743
Sacarose 0.108 0.365
Impurezas 0.083 0.282
Total 1.000 3.390

O caldo clarificado, depois de passar pelo filtro adquire as seguintes
composições e vazões:
Tabela 33 – Caldo clarificado.
Caldo Clarificado
Composição Vazão (t/h)
Água 0.883 271.559
Sacarose 0.117 36.109
Impurezas 0.00001 0.003
Total 1.000 307.670

Pode-se notar nesta etapa do processo, que a partir das correntes de saída deste
filtro, todos os componentes diferentes de água e sacarose contidos no caldo foram
agrupados e classificados como impurezas. Isso foi feito pelo fato de que suas
quantidades são insignificantes, e apesar disso, resolvemos carregá-las por todo o
processo, visando dar maior credibilidade aos dados.
49

1.7.12. Tanque de Caldo Clarificado
Antes de ser enviado ao evaporador, o caldo é armazenado em um tanque de
caldo clarificado, no qual consideramos ocorrer a perda de 0.01% de caldo.
Além de receber o caldo clarificado do filtro de caldo clarificado, este tanque
também recebe uma quantidade de caldo clarificado recuperado do sistema de lavagem
de lodo do processo de tratamento do caldo.
Figura 18 – Tanque de caldo clarificado.

A corrente de caldo clarificado proveniente do filtro de caldo clarificado situado
após o decantador é a seguinte:
Tabela 34 – Caldo clarificado.
Caldo Clarificado
Composição Vazão (t/h)
Água 0.883 271.559
Sacarose 0.117 36.109
Impurezas 0.00001 0.003
Total 1.000 307.670

Já a corrente proveniente da recuperação de caldo clarificado pelo filtro no
sistema de lavagem de lodo (será visto mais a frente), é dada a seguir:
Tabela 35 – Caldo clarificado recuperado.
Caldo clarificado recuperado
Composição Vazão (t/h)
Água 8.567 11.039
Sacarose 0.928 1.195
Impurezas 0.072 0.093
Total 1.000 1.289

Após a união destas duas correntes de caldo clarificado e consideradas as perdas
citadas anteriormente, temos a seguinte corrente que sai do tanque de caldo
concentrado:
Tabela 36 – Caldo clarificado.
Caldo Clarificado
Composição Vazão (t/h)
Sacarose 0.117 36.931
Água 0.883 279.772
Impurezas 0.0003 0.095
Total 1.000 316.798
°Brix 0.117
Temperatura (oC) 115.0

Esta corrente é enviada para os evaporados para a concentração do caldo,
fazendo com que o caldo clarificado, após esse processo, venha se chamar caldo
concentrado.
1.7.13. Evaporadores
O caldo clarificado chega ao evaporador com aproximadamente 12oBrix e deve
sair do mesmo com aproximadamente 20oBrix. Dessa forma, apresentamos a seguir a
corrente de caldo que entra no evaporador.
Tabela 37 – Caldo clarificado.
Caldo Clarificado
Composição Vazão (t/h)
Sacarose 0.117 36.931
Água 0.883 279.772
Impurezas 0.0003 0.095
Total 1.000 316.798
°Brix 0.117
Temperatura (oC) 115.0

Esse caldo clarificado é aquecido por um trocador de calor pelo qual passa
vapor, e então, é divido em duas correntes, uma de caldo mais concentrado e outra de
vapor, da seguinte forma:

Figura 19 – Evaporador.

A corrente de caldo concentrado que sai do evaporado é detalhada da seguinte
forma:
Tabela 38 – Caldo concentrado.
Caldo concentrado
Composição Vazão (t/h)
Sacarose 0.200 36.931
Água 0.799 147.620
Impurezas 0.001 0.104
Total 1.000 184.655
°Brix 0.201
Temperatura (oC) 115

E a corrente de vapor que foi evaporada do caldo clarificada e sai do evaporador
é mostrada a seguir:

Tabela 39 – Vapor vegetal.
Vapor vegetal
Composição Vazão (t/h)
Sacarose 0.000 0.000
Água 1.000 132.152
Impurezas 0.000 0.000
Total 1.000 132.152
°Brix 0.000
Temperatura (oC) 115

O vapor utilizado para aquecer a corrente de caldo e consequentemente evaporá-
lo para assim chegar ao caldo concentrado é caracterizado abaixo:
Tabela 40 – Vapor de escape.
Vapor de Escape
Composição Vazão (t/h)
Água 1.000 127.99241
Total 1.000 127.99241
Temperatura (oC) 124
Pressão (bar) 0.8

Depois de passar pelo evaporador esse vapor sai da seguinte maneira do
processo:
Tabela 41 – Condensado de escape.
Condensado de Escape
Mel 0.000 0.000
Água 1.000 127.992
Impurezas 0.000 0.000
Total 1.000 127.992
Temperatura (oC) 124

Tendo alcançado o objetivo do processo, que era a concentração do caldo, este é
enviado para o setor de fermentação.
Antes de começarmos a descrever o balanço de massa do setor de fermentação
mostraremos o tratamento do lodo de alguns processos já vistos anteriormente.

1.7.14. Filtro do Lodo
Figura 20 – Filtro rotativo a vácuo.

Essa etapa do processo consiste em processar o lodo gerado em algumas etapas,
como o bagacilho da peneira rotativa, o lodo do decantador que clarifica o caldo misto e
o lodo do filtro que retira partículas do caldo clarificado logo após o decantador, para
que seja recuperada uma quantidade de caldo e também para facilitar o manejo do
resíduo, deixando-o na consistência de torta.
Primeiramente, apresentaremos as três correntes de lodo que entram no filtro:
Tabela 42 - Bagacilho da peneira.
Bagacilho da peneira
Composição Vazão (t/h)
Água 0.451 3.226
Sacarose 0.022 0.154
Fibras 0.415 2.968
Impurezas 0.027 0.194
Sujeira 0.086 0.612
Total 1.000 7.154

Tabela 43 – Lodo do decantador de caldo.
Lodo do decantador de caldo
Composição Vazão (t/h)
Água 0.3338 5.5980
Sacarose 0.0444 0.7444
Fibras 0.1180 1.9789
Impurezas 0.4856 8.1449
Ácido fosfórico 0.0061 0.1020
Leite de cal 0.0121 0.2022
Polímero 0.0001 0.0010
Total 1.0000 16.7713

Tabela 44 – Lodo do filtro de caldo clarificado.
Lodo do filtro de caldo clarificado
Composição Vazão (t/h)
Água 0.809 2.743
Sacarose 0.108 0.365
Impurezas 0.083 0.282
Total 1.000 3.390

Juntamente com essas correntes de lodo entra também uma corrente de água
para lavagem, que é dada a seguir:
Tabela 45 – Água para lavagem.
Água para lavagem
Composição Vazão (t/h)
Água 1 10.2
Total 1 10.2
Temperatura (oC) 60

Desse processo saem duas correntes, a de caldo clarificado recuperado e a
corrente da torta produzida. Uma informação importante é a de que consideramos um
rendimento de 99% do filtro.
Então, temos a seguinte corrente de caldo recuperado:

Tabela 46 – Caldo clarificado recuperado.
Caldo clarificado recuperado
Composição Vazão (t/h)
Água 8.567 11.039
Sacarose 0.928 1.195
Impurezas 0.072 0.093
Total 1.000 1.289

A seguir, mostramos as informações referentes à quantidade de torta produzida
pelo filtro de lodo, quantidade esta que