Tema 3 Aula 7

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CAPÍTULO 4 – 
TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO 
DE ETANOL
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https://youtu.be/Ghr98yLVoiY
Vídeo Processo de produção de açúcar e álcool
DESTILAÇÃO
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O vinho não é uma mistura pura de água e álcool, mas sim uma mistura de diversos componentes.
No vinho, existem:
água, etanol, ácidos, aldeídos, ésteres, álcoois superiores, proteínas, sais minerais, gás carbônico, matéria orgânica.
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A composição do vinho varia em função:
do teor de açúcar do mosto;
da composição da matéria prima com o qual é preparado o mosto (caldo direto ou melaço);
da capacidade e do tipo de fermento utilizado;
das condições em que o fermento trabalhou (diferentes temperaturas, presença de contaminantes, presença de nutrientes ou inibidores, concentração, etc.);
do sistema de fermentação;
do operador, etc.
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Coluna de destilação ou destilador:
Destilação é o processo de separação de misturas utilizando o calor como agente de separação.
Destilação Fracionada é empregada quando a diferença entre os pontos de ebulição dos líquidos da mistura é menor do que 80º C. Possui coluna de destilação.
O objetivo da coluna de destilação é criar várias regiões de equilíbrio líquido-vapor, enriquecendo a fração do componente mais volátil da mistura na fase de vapor. 
O componente mais volátil é o álcool etílico.
O álcool sem água (anidro) não pode ser obtido somente por destilação.
São necessários outros processos para que haja a separação desta mistura azeotrópica (96%de álcool +4%de água).
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O destilado é normalmente uma mistura líquida e o resíduo é sempre uma mistura líquida. 
O interior da coluna é dotado de pratos, ou bandejas.
 O líquido que desce por gravidade da parte superior entra em contato com o vapor que sobe da parte inferior da coluna, em cada um dos pratos. 
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O líquido residual efluente deste equipamento é o produto de fundo ou resíduo.
O líquido que sai pelo fundo da torre é vaporizado total ou parcialmente, em um trocador de calor chamado refervedor (calor fornecido por um fluido com maior energia na forma de vapor).
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O líquido que entra pelo topo da coluna, chamado de refluxo, é gerado por um trocador de calor chamado de condensador, que usa um fluido de resfriamento (normalmente água ou ar) para a condensação do vapor efluente do topo da coluna. 
A outra parte do produto do condensador, aquela que não retorna para a coluna é chamada de destilado.
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Retificação
Da destilação dos vinhos obtém-se o flegma  líquido alcoólico mais rico do que o líquido que o originou, mas em estado impuro. 
A retificação é a operação pela qual separa-se o álcool das impurezas que o acompanham no flegma. 
Frequentemente confunde-se retificação com concentração, porque trabalha-se com flegma de concentração alcoólica média, que se eleva durante a retificação. Ao mesmo tempo em que se concentra o líquido alcoólico, faz-se sua purificação.
As substâncias impurificantes têm ponto de ebulição superior a do álcool e, segundo essa característica, separam-se como produtos de fundo.
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Na destilação, o bioetanol é recuperado inicialmente na forma hidratada, com aproximadamente 96° GL (porcentagem em volume), correspondentes a cerca de 4% de água em peso, deixando a vinhaça ou vinhoto como resíduo, normalmente numa proporção de 10 a 13 litros por litro de bioetanol hidratado produzido. 
O bioetanol hidratado pode ser estocado como produto final ou pode ser enviado para a coluna de desidratação.
O bioetanol a 96°GL é uma mistura azeotrópica  seus componentes não podem ser separados por uma simples destilação. 
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Adição de ciclohexano
A tecnologia mais utilizada no Brasil é a desidratação pela adição do ciclohexano, formando uma mistura azeotrópica ternária, com ponto de ebulição inferior (63oC) ao do bioetanol anidro (78,2oC). 
Na coluna de desidratação, o cicloexano é adicionado no topo e o álcool a ser desidratado alimentado a um terço abaixo do topo da coluna. O bioetanol anidro é retirado no fundo, com aproximadamente 99,7° GL ou 0,4% de água em peso. 
Desidratação
A mistura ternária retirada do topo é condensada e decantada, enquanto a parte rica em água é enviada à coluna de recuperação de ciclohexano. 
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A desidratação do bioetanol ainda pode ser feita por adsorção com peneiras moleculares ou pela destilação extrativa com monoetilenoglicol (MEG), que se destacam pelo menor consumo de energia e também pelos custos mais elevados. 
Por conta das crescentes exigências do mercado externo, diversos produtores de bioetanol no Brasil e em outros países estão optando pelas peneiras moleculares, já que são capazes de produzir um bioetanol anidro livre de contaminantes.
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Destilação extrativa, utilizando Monoetilenoglicol
Similarmente ao processo anterior, utiliza-se uma coluna de desidratação, onde o monoetilenoglicol (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. 
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Desidratação por adsorção, utilizando Peneira Molecular
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 microporos, denominado zeólita, mais popularmente conhecido como peneira molecular. 
Esta rede de microporos absorve 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 alcoólicos que são posteriormente destilados para recuperação do álcool neles contido.
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Para que é necessário misturar a gasolina com 
Álcool anidro?
No seria mais fácil misturar diretamente
A gasolina com o álcool hidratado? 
Separação de fases
A possibilidade de ocorrer uma separação de fases aquosas em uma mistura etanol/gasolina é, freqüentemente, mencionada como um problema para a adoção de etanol combustível. Existe um temor de que, de algum modo, a água seja introduzida com o etanol ou se condense no tanque de combustível de um veículo, ficando separada no fundo e causando problemas para o funcionamento normal do motor. A rigor, esse problema tende a ser tanto menor quanto maior for a
adição de etanol à gasolina. Enquanto a gasolina pura praticamente não absorve água, o etanol anidro tem total afinidade com a água, fazendo com que as misturas gasolina/etanol apresentem uma capacidade de dissolver água diretamente proporcional ao teor alcoólico, como indicado no diagrama ternário apresentado na Figura 4. Quanto mais elevado o teor de etanol na gasolina,mais larga é a faixa que define a região na qual ocorre total solubilidade, como se observa na parte
superior do diagrama. Sob temperaturas muito baixas, esse efeito é menos pronunciado, mas, de todo modo, o etanol sempre atua como um co-solvente entre a gasolina e a água, reduzindo os riscos de separação da fase aquosa da gasolina.
Fonte: Bioetanol de Cana-de-açúcar. Energia para o Desenvolvimento Sustentável
Coordenação: BNDES e CNGG
A possibilidade de a gasolina com etanol apresentar uma solubilidade razoável para a água e o fato de termos temperaturas amenas no país explicam como funcionam sem problemas os veículos flexíveis no Brasil, onde podem ser abastecidos com qualquer mistura de gasolina (com 20% a 25% de etanol) e etanol hidratado, cuja água não se separa, exatamente, graças
ao álcool previamente contido na gasolina. Caso a gasolina brasileira não contivesseum teor elevado de etanol anidro, sua mistura com etanol hidratado provavelmente levaria a uma separação de fases, especialmente em condições com temperaturas inferiores a 18° C. Portanto, não faz sentido imaginar que a adição de etanol anidro à gasolina cause problemas de separação de fases – na verdade, ela reduz tais problemas.
Fonte: Bioetanol de Cana-de-açúcar. Energia para o Desenvolvimento Sustentável
Coordenação: BNDES e CNGG
Fonte: Bioetanol de Cana-de-açúcar. Energia para o Desenvolvimento Sustentável
Coordenação: BNDES e CNGG
Nessa expressão, considera-se apenas o valor da sacarose, sem incluir os custos associados ao investimento e à operação da unidade produtora. Não obstante, esse preço de indiferença é um dado importante para o produtor: em princípio, só faz sentido produzir bioetanol a preços superiores a tal preço. Naturalmente, essa relação física perde sentido em casos-limite,por exemplo, quando o mercado de açúcar se satura e a possibilidade de reduzir a produção de bioetanol para fabricar mais açúcar se torna pouco atrativa, já que os preços do açúcar tendem a baixar por excesso de oferta.
0,00USD/pound
Tomando os preços do Gráfico 6 e aplicando na expressão anterior, podem ser estimados os preços mínimos de atratividade para o bioetanol, capazes de estimular os produtores a utilizar preferencialmente sua matéria-prima na fabricação do biocombustível. Considerando ainda que, em misturas até 10%, um litro de etanol produz o mesmo efeito que um litro de gasolina, como comentado anteriormente, podem-se comparar tais preços de indiferença diretamente com os preços da gasolina (sem tributos, igualmente no atacado) praticados no mercado internacional. O Gráfico 7 apresenta essa comparação, utilizando para o derivado de petróleo o preço livre da gasolina regular na costa do Golfo (U.S. Gulf Coast ConventionalGasoline Regular Spot Price FOB).
Consumo de energia para a produção de diferentes produtos da cana-de-açúcar