Produção de álcool anidro mais limpa

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ARTIGO ORIGINAL
SANTOS, Luís Márcio Alves [1], MARQUES, Hiago Lopes [2], SOUSA, Vinicius Constantino de [3],
RABESCO, Giovanni Carlo [4], FERREIRA, Rogério Martins [5], MARQUES, Heitor Pereira Gomes
[6], OLIVEIRA, Daniel Augusto de [7], VIEIRA, Patrick Telles [8]
SANTOS, Luís Márcio Alves. Et al. Produção de álcool anidro mais limpa. Revista Científica
Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 04, Ed. 11, Vol. 03, pp. 67-80. Novembro de
2 0 1 9 . I S S N : 2 4 4 8 - 0 9 5 9 , L i n k d e
acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-de-producao/alcool-anidro
Contents
RESUMO
1. INTRODUÇÃO
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 HISTÓRIA DO ÁLCOOL
2.1.1 ESPECIFICAÇÕES DO ÁLCOOL ANIDRO
2.1.2 MÉTODOS DE OBTENÇÃO DO ÁLCOOL ANIDRO
2.2 EFEITO ESTUFA
2.3 DESCRIÇÃO DA DESIDRATAÇÃO USANDO OS MÉTODOS AZEOTRÓPICO CICLOEXANO, MEG E
PENEIRA MOLECULAR
3. METODOLOGIA
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
REFERENCIAS
RESUMO
O presente artigo aborda sobre os efeitos causados pela emissão de alguns gases poluentes
oriundos dos combustíveis fósseis causadores do efeito estufa, responsáveis diretos pelo
aquecimento global. A elaboração do artigo foi baseada em outros artigos científicos e livros,
tendo em vista que há uma procura bastante expressiva para a substituição de tais
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combustíveis por fontes de energia mais limpa que possuam sustentabilidade, o Brasil se
destaca colaborando com essa procura, com a produção do álcool combustível,
especificamente o álcool anidro que é conhecido como um combustível renovável e tem sua
produção realizada para substituir o chumbo que é um metal venenoso adicionado à
gasolina. Objetiva-se assim para esse tipo de produção, propor uma substituição da
desidratação azeotrópica que é fundamentada no uso de produtos químicos pela
desidratação via peneira molecular na produção do álcool anidro, onde este tipo de
desidratação é livre de qualquer insumo químico e com garantia de segurança para o meio
ambiente. Sendo uma forma de produção aparentemente mais cara, porem rentável a longo
prazo quando comparada com o método de desidratação azeotrópica garantindo um
playback bastante rápido. Daí conclui-se que esse tipo de produção além de ser mais limpa
enquadra-se em melhoria econômica e ambiental.
Palavras-chave: Combustíveis, renovável, álcool, anidro, ambiental.
1. INTRODUÇÃO
Considerando o preocupante fator de redução da emissão dos gases do efeito estufa, que são
responsáveis pelo aquecimento global, há uma busca constante para substituição dos
combustíveis fósseis por novas fontes de energia mais limpa e que concedam um
desenvolvimento sustentável. Nesse contexto, a emissão de gases é tratada como um grave
problema causador do efeito estufa, e o Brasil vem se destacando na colaboração da redução
dos gases com a produção do álcool, e um dos tipos de álcool que colabora bastante com a
redução do efeito estufa é o álcool anidro.
O governo federal em 1975 foi o maior incentivador para produzir o álcool no país, criou o
Programa Nacional do Álcool (Proálcool), que tinha o objetivo de substituir os automóveis
movidos à gasolina por outros que fossem movidos a álcool, com isso, o Brasil deteve a maior
tecnologia de produção de álcool do mundo (MARCONDES; LIMA, 2002).
No encargo do programa para abranger novas fontes alternativas de energia apareceram
duas linhas de pesquisa: a substituição direta do insumo por meio da identificação e
exploração de jazidas localizadas no país para diminuição da dependência externa do
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petróleo e a procura por combustíveis alternativos, manifestada na tentativa de encontrar
outras fontes que não fossem fosseis para substituir os três principais derivados de petróleo,
respectivamente o óleo diesel, o óleo combustível e a gasolina (CARVALHO et al., 2013).
Neste artigo pretende-se investigar e apontar importantes pontos para obtenção do álcool
anidro na produção mais limpa, com objetivo de garantir suas especificações exigidas por
normas baseadas em critérios.
Com base na proposta de pesquisa apresenta-se como problema a seguinte questão: Como
promover um processo fabril do álcool anidro mantendo-o dentro das especificações
utilizando a produção mais limpa?
Nesta direção, tendo em vista que a maioria da produção de álcool anidro no país é feita com
o uso de produtos químicos, chamada de desidratação azeotrópica, apresentaremos uma
forma de produção do mesmo sem o uso de insumos químicos.
De acordo com a empresa Renuka do Brasil S/A (2019), com a utilização da Peneira Molecular
Desidratadora, não há o uso de qualquer insumo químico no processo de desidratação,
obtendo-se um produto final sem traços químicos estranhos à fermentação alcoólica.
O objetivo geral deste artigo é fazer uma comparação entre os tipos existentes de obtenção
do álcool anidro, dessa forma apresenta-se como objetivos específicos:
Detalhar os métodos existentes que são utilizados.
Avaliar se a obtenção do álcool anidro via peneira molecular é rentável.
Analisar a possibilidade da produção de um álcool anidro mais limpo.
O presente estudo tem como justificativa demonstrar para a sociedade a importância do
álcool anidro sem a adição de produtos químicos, já que essa pratica de desidratação via
peneira molecular é utilizada por algumas indústrias produtoras de álcool anidro aqui no
Brasil, considerando que o mesmo é produzido com a intenção de ser adicionado à gasolina,
vindo a substituir uma forma de aditivo composta pelo chumbo, elemento químico venenoso
que é maléfico a saúde e prejudicial o meio ambiente.
No processo realizado através da peneira molecular desidratadora não se adiciona nenhum
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tipo de elemento tóxico ao produto a ser adquirido, esse método baseia-se na capacidade de
adsorção seletiva. Os zeólitos, que são sintetizados para realizar o peneiramento,
apresentam porosidade definida e capacidade de distinção das moléculas por suas
dimensões e geometrias. Definem se em sólidos micro porosos de abertura de alguns
angstroms, ou seja, suas dimensões são na faixa de moléculas, e isso, levou os cientistas a
denominar o processo de peneira molecular, onde se realiza um peneiramento seletivo de
moléculas (BRAGA, 2016).
O álcool anidro tem como principal função ser empregado como aditivo na gasolina, sendo
composto por 99,5% de álcool puro e 0,5% de água, nesta mistura a gasolina recebe até 25%
do produto para substituir o chumbo, elemento químico venenoso e prejudicial à saúde e ao
meio ambiente. Este tipo de álcool é menos poluente e se for adicionado na medida certa,
não afeta o desempenho dos motores (FREITAS, 2004).
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Este capítulo trará a base teórica que fundamentará o trabalho, tratando pontos e tópicos
que são relevantes para que se tenha o entendimento de todo conceito abordado.
2.1 HISTÓRIA DO ÁLCOOL
O etanol ou álcool etílico define-se como uma substância com formulação molecular C2H6O,
que tem o poder de ser utilizada como combustível em motores de combustão interna com
ignição por centelha (ciclo Otto), de duas maneiras: misturado na gasolina (etanol anidro), ou
somente etanol (etanol hidratado) com uma octanagem média superior a 110 octanas. Feito
para veículos com motores próprios para esse combustível ou motores flex fuel, capazes de
usar quaisquer misturas de etanol hidratado e gasolina misturada com 20% a 25% de etanolanidro (BNDES/CGEE, 2008).
Paulillo (2007), apresenta pontos para reflexão que a produção se baseava em uma série de
incentivos do governo que beneficiavam e protegiam a produção nacional de açúcar e álcool,
os mecanismos de regulação da atividade produtiva iam desde o estabelecimento de quotas
de produção, fixação de preços para a cana-de-açúcar, açúcar e álcool, até a concessão de
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subsídios.
O uso do etanol, produzido através da cana de açúcar como combustível para automóveis, é
conhecido há algum tempo, porém, até os anos 70, havia uma grande disponibilidade de
derivados do petróleo e seus preços eram baixos, o que tornava a produção de etanol
inviável. Em 1973, essa influência deixou de existir com a ocorrência do primeiro choque do
petróleo, o que reavivou o interesse mundial por fontes alternativas de energia que levaram
vários países a buscarem algumas formas de soluções que fossem mais adequadas,
considerando suas características nacionais (BERTELLI, 2005).
Sindaçucar (2010), afirma que existem alguns tipos de álcool disponíveis no mercado para o
consumidor e para utilização na indústria com diferentes características. Os mais conhecidos
são: o álcool anidro, com um teor alcoólico superior a 99,3° INPM (Instituto Nacional de Pesos
e Medidas percentual de álcool (em massa ou peso) de uma mistura hidroalcoólica à
temperatura padrão de 20°C, em geral utilizado para misturar à gasolina e o álcool
hidratado, com graduação alcoólica em torno de 93,2° INPM, em geral utilizado como
combustível automotivo.
O quadro a seguir apresenta as especificações para esses dois tipos de álcool, anidro e
hidratado.
Quadro 1: Especificações do Álcool Anidro e Álcool Hidratado
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Fonte: Adaptada da ANP, Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, (2014)
2.1.1 ESPECIFICAÇÕES DO ÁLCOOL ANIDRO
Para que a comercialização do álcool anidro aconteça, o mesmo tem que ser submetido a
diversos tipos de testes para certificação de sua qualidade, permitindo que ele seja utilizado
de forma saudável e segura, as especificações em questão são os pré-requisitos que o álcool
precisa para sua comercialização. Cada produto possui um tipo próprio de especificação,
regulada por algum órgão regulamentador da área de cada mercadoria. No caso do álcool
anidro, as normas de especificação são, atualmente, regulamentadas pela Agência Nacional
de Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP), através do Regulamento Técnico ANP
nº3/2011, anexo da Resolução ANP Nº7 de 9 de fevereiro de 2011. Nesse regulamento, estão
contidas as características que o etanol precisa ter em relação a seu aspecto, cor, massa
específica, teor alcoólico, potencial hidrogeniônico (pH), condutividade elétrica e outros
quesitos. O álcool anidro, é aquele que possui em sua composição praticamente 100% de
álcool puro, ele é comercializado com o intuito de ser adicionado à gasolina, tendo o objetivo
de melhorar o rendimento e reduzir os índices de poluição ambiental, sua mistura com a
gasolina aqui no Brasil pode chegar em até 25%, precisa ser límpido e isento de impurezas,
sua coloração difere da cor transparente dos outros tipos de álcool, com o objetivo de
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diferenciá-lo, adiciona-se a ele um corante de coloração laranja, esse corante também é
regulado pela ANP e precisa entre outras coisas, ser solúvel em etanol e insolúvel em água
(NOVACANA.COM, 2019).
A densidade do álcool anidro é máxima de 791,5 Kg/m³, sem exigência de especificação de
limite mínimo, essa medida tem relação com a temperatura de 20ºC, seu teor alcoólico
precisa ser de no mínimo de 99,6%, sendo praticamente álcool puro, com massa mínima de
99,3%. O teor de álcool puro é bem rígido, com um mínimo de 98%, levando em
consideração que a água pode ter no máximo 0,4%, seus limites de acidez podem possuir, no
máximo, até 30 miligramas de ácido acético por litro de álcool e também a condutividade
elétrica do mesmo, que tem parâmetro permitido em até 350 micro siemens por metro
(µs/m), o que faz com que fique nula sua capacidade de conduzir corrente elétrica
(NOVACANA.COM, 2019).
2.1.2 MÉTODOS DE OBTENÇÃO DO ÁLCOOL ANIDRO
No processo de obtenção desse tipo de álcool são utilizados principalmente três métodos de
desidratação, desidratação ou destilação azeotrópica, desidratação ou adsorção via peneira
molecular e a destilação extrativa: desidratação por MEG (Mono Etileno Glicol), (ABDALA,
2017).
A desidratação azeotrópica foi desenvolvida na década de 40 e tem o propósito de adicionar
um tipo de solvente orgânico, que reduz o ponto de ebulição da mistura, fazendo possível a
extração de uma das espécies, os solventes de maior utilidade neste processo são o
cicloexano e o monoetilenoglicol (MEG). O método de desidratação via peneira molecular é
baseado na capacidade de adsorção seletiva, processo esse, que ocorre sob certas condições
de pressão e de temperatura, para adsorver maiores ou menores quantidades da água
contida no álcool hidratado (BRAGA, 2016).
É chamado de desidratação azeotrópica o fenômeno que ocorre com misturas líquidas, que
numa especifica concentração desprendem vapores com todos os seus componentes a uma
temperatura abaixo do ponto de ebulição de qualquer uma das substâncias que compõem a
mistura, onde a separação por destilação não é mais possível. Esta mistura azeotrópica é
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formada por etanol e agua, sendo que na destilação e na retificação do vinho, não se
consegue obter o álcool acima de 96° GL de pureza. Portanto não se consegue obter etanol
anidro (99,6° GL) com apenas as operações destilação e retificação. Dessa forma, são
empregadas operações para desidratar o etanol (ABDALA, 2017).
A desidratação azeotrópica do álcool acontece quando um novo azeotropo é composto
através da adição de um terceiro componente na mistura hidroalcoólica. Este componente é
um hidrocarboneto com poder desidratante, que tem um ponto de ebulição menor que o
azeotropo binário (álcool/água). Sendo assim, este processo de desidratação via destilação é
capaz de modificar suficientemente o equilíbrio de fases líquido-vapor de forma a possibilitar
a ultrapassagem daquela concentração azeotrópica (FINGUERUT et al.,2008).
Já o processo de desidratação via peneira molecular está justificado na propriedade que
alguns materiais têm de fazer absorção seletivamente de certos compostos de uma mistura.
Se tratando, neste caso até hoje, o único método não destilativo de desidratação que
alcançou a utilização industrial (LOPES et al, 2011).
A produção de etanol anidro via peneira molecular é realizada através de vasos ou colunas
tendo seus controles de temperatura e pressão rígidos, repletos de partículas de cerâmica,
que são conhecidas como resina, através de minerais que são denominados de zeólitos,
tendo capacidade de adsorver seletivamente, a função da resina é reter as moléculas de
água e liberar passagem para as moléculas de etanol. Sendo assim, o etanol inicia o
processo com aproximadamente 6,7% de água e sai com apenas 0,4% de água. As
vantagens desse processo são: produção de etanol anidro com maior teor alcoólico e mais
puro; ausência da necessidade de aplicação de solventes por parte dos operadores do
equipamento, o que diminui os riscos de contaminação; reciclo do resíduo hidroalcoólico, que
influencia para que não haja grandes perdasde etanol no processo de desidratação; baixo
consumo energia, já que apenas uma etapa de vaporização é necessária (RENUKA DO BRASIL
S/A, 2019).
Os zeólitos têm a capacidade de absorver somente a agua de uma mistura hidroalcoólica
quando estão sob certas condições de temperatura e pressão, sendo assim, a mistura
hidroalcoólica é conduzida a passar pelos zeólitos onde os mesmos absorvem a água e o
etanol é recuperado. Os zeólitos utilizadas no processo de desidratação do álcool hidratado
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tem essa capacidade porque possuem poros de diâmetro em torno de 3 Angströns (1 Å
equivale a 1/10000000 ml), esse diâmetro é pequeno o suficiente para as moléculas de
álcool, que têm aproximadamente 4 Å de tamanho, mas são suficientemente para que as
moléculas de água, cujo tamanho é de 2,8 Å se armazenem. Desse modo as moléculas de
água penetram nos poros e se alojam dentro do zeólito, originando então um fenômeno
chamado de adsorção. Como esta forma de seleção por tamanho é idêntico ao das peneiras
moleculares, deu origem então a denominação de Peneira Molecular Desidratadora (LOPES et
al, 2011).
É pouco provável que reduções substanciais deste consumo possam ser alcançadas em um
futuro próximo. Também se trata de processo já industrializado com sistemas de controle
apropriados (MEIRELLES, 2006).
O processo de destilação extrativa também utiliza uma coluna onde o agente extrativo é
adicionado pela parte superior e o álcool que será desidratado é inserido na bandeja próximo
à base. O responsável pela extração, nesse caso, é o monoetilenoglicol (MEG), onde sua
capacidade é de absorver e arrastar a água para a base da coluna, enquanto o álcool anidro
vaporizado sai pela parte superior, e o álcool é condensado e enviado para armazenamento
nos reservatórios. Daí então, a função do MEG é reduzir a volatilidade da água e assim
quebrar a molécula do azeotropo (etanol-água) e isso se deve à sua forte interação atrativa
com esta substância. Dessemelhante do cicloexano, este fazedor de separação não volátil
com ponto de ebulição elevado, tem a capacidade de romper o azeotropo original sem
formar um outro ponto azeotrópico (MEIRELLES et al., 1992).
2.2 EFEITO ESTUFA
O efeito estufa é a maneira que a terra encontrou para manter-se aquecida com sua
temperatura constante, a atmosfera é completamente transparente à luz solar, porém cerca
de 35% da radiação que é recebida por nós será refletida novamente para o espaço, ficando
os outros 65% retidos na Terra. Isto deve-se principalmente ao efeito sobre os raios
infravermelhos de gases como o dióxido de carbono, metano, óxidos de azoto e ozônio que
estão presentes na atmosfera e juntos totalizam menos de 1% dela, que tem a função de
reter está radiação na terra, permitindo-nos assistir ao efeito calorífico dos mesmos. Com o
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passar dos anos, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera tem aumentado cerca
de 0,4% ao ano, este aumento se deve à utilização de petróleo, gás e carvão e à destruição
das florestas tropicais. O efeito conjunto de tais substâncias pode vir a causar um aumento
da temperatura global (Aquecimento Global) estimado entre 2 e 6ºC nos próximos 100 anos.
Se o aquecimento continuar nessa proporção não só irá alterar o clima em nível mundial
como também irá aumentar o nível médio das águas do mar em, pelo menos, 30 cm, o que
poderá interferir na vida de milhões de pessoas habitando as áreas costeiras mais baixas. Se
a terra não fosse coberta por um manto de ar, a atmosfera, seria demasiadamente fria,
tornado impossível a vida no planeta. (ESPAÇO CULTURAL IEJU-SA, 2009)
O efeito estufa se fundamenta, praticamente, na forma de ação do dióxido de carbono e
outros gases sobre os raios infravermelhos que são refletidos pela terra, enviando os de volta
para ela, mantendo assim a temperatura do planeta estável, quando irradiam a terra, parte
dos raios luminosos originados do sol são absorvidos e transformados em calor, outros são
refletidos para o espaço, mas somente uma parte deles chegam a deixar a terra em
consequência da ação refletora, que são chamados Gases do Efeito Estufa, composto pelo:
dióxido de carbono, metano, clorofluorcarboneto e óxidos de azoto têm efeito sobre tal
radiação e são reenviados para a superfície terrestre na forma de raios infravermelhos
(EFEITO ESTUFA EM SÓ BIOLOGIA, 2009).
2.3 DESCRIÇÃO DA DESIDRATAÇÃO USANDO OS MÉTODOS AZEOTRÓPICO CICLOEXANO, MEG E
PENEIRA MOLECULAR
O fluxograma a seguir apresenta o esquema de desidratação pelo método azeotrópico com o
uso do Cicloexano ou MEG.
Fluxograma 1: Método de Desidratação com Desidratante.
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Fonte: Autor, (2019)
A seguir temos uma figura que demonstra tanto o método de desidratação com a utilização
com cicloexano, quanto com a utilização do MEG.
Figura 1: Desidratação do Álcool Hidratado com desidratante (Cicloexano ou MEG).
Fonte: Lopes, (2011)
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O processo de desidratação utilizando o cicloexano inicia-se com a mistura do etanol
hidratado, obtido pela destilação, dentro de uma coluna de desidratação, no topo entra o
cicloexano e o álcool hidratado entra um terço abaixo do topo da coluna. As três substancias
em contato (água, etanol e cicloexano) formam outro azeotropo, cujo ponto de ebulição é
63ºC, menor que o ponto de ebulição do álcool hidratado 78ºC. Dessa forma, esse novo
sistema ternário torna-se vapor e sai pelo topo da coluna, arrastando consigo uma grande
parte da água que está inicialmente presente no álcool hidratado. O vapor que sai pelo topo
da coluna é condensado pela agua e duas fases se formam, a orgânica e a aquosa. A fase
orgânica é composta somente por cicloexano e retorna ao processo para ser reutilizado. A
fase aquosa é encaminhada para uma outra coluna de destilação em que o cicloexano e
etanol restantes são recuperados e retornam ao processo, na parte inferior da coluna é
retirada o álcool puro composto somente pelo álcool anidro (BRAGA, 2016).
Bastante semelhante ao processo com cicloexano, a desidratação com MEG tem seu inicio
também através de uma coluna de desidratação, onde o MEG é adicionado no topo da
mesma e o álcool a ser desidratado também entra um terço abaixo do topo da coluna.
Diferente do processo do ciclohexano, o MEG absorve e arrasta a água para o fundo da
coluna e os vapores alcoólicos anidro saem pelo topo da coluna, onde o mesmo é
condensado e enviado para os tanques medidores. A mistura composta por água, MEG e uma
baixa quantidade de álcool, é direcionada para uma coluna de recuperação do MEG, onde
retornará novamente para o processo de desidratação. Como o MEG também concentra as
impurezas que se encontram no álcool se tornando mais corrosivo, é necessário que seja
feita sua purificação, passando por outra coluna composta de resinas com finalidade de fazer
uma troca iônica, para redução dos sais e retenção da acidez (PIMARTINS.WEEBLY, 2019).
Logo em seguida temos um fluxograma demonstrativo da desidratação com o uso da peneira
molecular.
Fluxograma 2: Método de Desidratação por Peneira Molecular.
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Fonte: Autor, (2019)
A figura abaixo retrata a imagem de uma peneira molecular desidratadora
Figura 2: Desidratação do Álcool hidratado com Peneira Molecular Desidratadora.
Fonte: Meirelles,(2006)
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Antes de entrar na coluna de adsorção, o álcool hidratado, obtido da destilação, é
superaquecido até que atinja o estado de vapor alcoólico. O superaquecimento faz-se
necessário neste processo, porque a água que está junto com o álcool contida no vapor
saturado pode afetar os zeólitos, diminuindo sua resistência mecânica e, consequentemente,
aumentando a frequência de reposição de material adsorvente e diminuindo seu tempo de
vida util. O vapor alcóolico (etanol/água) é encaminhado para uma coluna de adsorção
recheada com zeólito de 3 Å. Na proporção que o vapor percorre a coluna, as moléculas de
água vão sendo adsorvidas pelos zeólitos, resultando em um produto cada vez mais isento
de água (álcool anidro). Os zeólitos já encharcados pela água que foi separada do álcool,
passam por um processo de regeneração, para que a água adsorvida seja retirada e eles
estejam prontos para um novo ciclo de adsorção (adesão de moléculas de um fluido a uma
superfície solida). A planta de desidratação do álcool por peneira molecular opera em modelo
de alternância entre duas colunas, de modo que se uma estiver na fase de adsorção, a outra
estará na de regeneração (BRAGA, 2016).
Em função do processo de adsorção, pode haver um ou mais tipos de métodos de
regeneração do adsorvente. Os processos mais encontrados são os TSA (ciclos de Adsorção e
dessorção com variação da temperatura) e PSA (ciclos de adsorção e dessorção com variação
da pressão). O processo TSA (Thermal Swing Adsorption) consiste em ciclos de adsorção e
dessorção variando-se a temperatura de cada etapa, sendo que o primeiro ciclo (adsorção) é
realizado em baixas temperaturas e segundo ciclo (dessorção), é realizado em altas
temperaturas. Uma vez finalizada a etapa de adsorção, em que o adsorvente (zeólito) se
encontra saturado pelo adsorbato (água), um gás purgante a uma temperatura
relativamente alta é lixiviado no leito do recheio, gerando assim, a regeneração dos zeólitos.
As principais deficiências desse método são o enfraquecimento do adsorvente pelo efeito da
temperatura e o tempo que se necessita gastar para ocorrer os ciclos de aquecimento e
resfriamento, que levam algumas horas. O TSA é empregado quase que unicamente para
purificar as correntes com baixas porcentagens de impurezas (BRAGA, 2016).
O processo PSA (Pressure Swing Adsorption) também ocorre em ciclos de adsorção e
dessorção, mas ocorre variação de pressão a cada etapa. A particularidade principal do
processo PSA é que, enquanto na fase de regeneração, as categorias que foram adsorvidas
são retiradas pela diminuição de pressão total. Este processo é usado somente quando a
regeneração não é simples, como, por exemplo, quando uma extrema temperatura no TSA
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pode ocasionar dano ao produto. Após a regeneração da coluna, a água extraída é utilizada
em outros processos (BRAGA, 2016).
3. METODOLOGIA
Para o desenvolvimento deste estudo teve-se acompanhamento e orientações realizadas por
professores do curso de Engenharia de Produção do Iles Ulbra, para alcançar os objetivos
propostos no artigo, foram feitas realizações de pesquisas bibliográficas acerca de
informações sobre a cadeia de produção mais limpa do etanol anidro no Brasil, procurando o
estudo comparativo entre os métodos de desidratação do álcool. Conforme Gil (2008), a
pesquisa bibliográfica é desenvolvida com base em material já elaborado, constituído
principalmente de livros e artigos científicos.
Utilizou-se a pesquisa qualitativa para desenvolver comparações literárias entre duas rotas
de desidratação do álcool hidratado, sendo elas, desidratação azeotrópica que pode ser
executada com cicloexano ou MEG e a desidratação por peneira molecular e também a
quantitativa, com proposito de identificar o método mais adequado de desidratação levando
em consideração objetivos como a substituição de produtos químicos, custo do processo e
impactos ambientais. A pesquisa quantitativa recorre ao uso da matemática para demonstrar
as causas de um fenômeno, as vinculações entre variáveis, etc. A utilização em conjunto da
pesquisa qualitativa e quantitativa possibilita recolher mais informações do que se poderia
conseguir separadamente (FONSECA, 2002).
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A comparação do consumo entre os métodos está indicada na tabela 2.
Tabela 2: Comparação de consumo entre os três métodos de desidratação do álcool
hidratado.
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Fonte: Adaptado de Oliveira et al., (2012)
Os dados de consumo mostrados na comparação entre a desidratação azeotrópica e a pôr
peneira molecular, apontam que o consumo de vapor é 1/3 menor daquele que é gasto para
a desidratação por cicloexano, são necessários 0,50 kg/l de vapor de baixa pressão (vapor de
escape ou vapor vegetal) e 0,05 kg/l de vapor à uma pressão de 5 bar abs. (para o
superaquecimento do álcool hidratado vaporizado). O total consumo é, de fato, 0,55 kg/l
contra 1,5 a 1,6 kg/l no caso do cicloexano, o da água de resfriamento é praticamente o
mesmo quando comparado com o cicloexano, ou seja, cerca de 40 a 45 kg/l, dependendo da
temperatura da água que está no circuito, o de energia elétrica é próximo de 2 kW/h/L a
menos dentro da planta (SILVA; ALENCAR, 2012).
Na comparação dos processos de desidratação azeotrópica e por MEG, analisando suas
vantagens e desvantagens, a desidratação azeotrópica é considerada o processo mais barato
em seu custo inicial de investimento. Entre outras definições, por ser o método de uso
industrial mais velho e por ter sofrido diversos aprimoramentos ao longo do tempo. Sua
grande desvantagem está no alto consumo de vapor, já que todo o hidrocarboneto tem que
ser evaporado nas duas colunas assim como a água e parte do etanol, além de ser um
processo que emprega taxas de refluxo relativamente altas. O consumo desse processo fica
geralmente em torno de 1,5 a 1,6 kg de vapor de aquecimento por litro de álcool produzido
(LAB CORTEZ, 2008).
Em comparação do método da desidratação com o uso do MEG e com o uso da peneira
molecular observa-se praticamente um empate, porém, deve ser ressaltado que o foco do
estudo, que é pela obtenção do método que substitua o uso de produtos químicos, isto é,
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realizando uma produção de álcool anidro mais limpa. Oque difere com mais intensidade
entre os métodos é o custo de aquisição da peneira molecular que é mais alto, mas como foi
ressaltado no referencial teórico, no Brasil, opta-se pelo método da desidratação azeotrópica
pelo simples motivo de ser mais tradicional e antigo, porém, as vantagens que são oferecidas
pela peneira molecular tende a compensar seu custo elevado e, com isso, as novas
destilarias estão adotando tal processo.
Mesmo o investimento inicial do sistema por peneira molecular desidratadora ser mais caro
quando comparado a instalação de uma coluna desidratadora por cicloexano, o custo de
operação da peneira molecular desidratadora é mais baixo, ressalta a pesquisadora Ana
Paula Vieira da Silva. Calcula-se um custo máximo para reposição dos zeólitos de R$ 0,65/m³
de etanol produzido contra R$ 0,80/m³ no caso do cicloexano (adotando-se o consumo de
0,80 kg/m³ e preço de R$ 1,05/kg). Contudo, o grande agente de economiatende a estar
ligado a imensa diminuição do consumo de vapor e na expectativa de se operar a planta sem
parada durante a safra toda (SILVA; ALENCAR, 2012).
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este artigo partiu da ideia de relatar conceitos sobre a produção de álcool anidro mais limpa,
apresentando um método já usado para atingir tal objetivo, o método em questão designa-se
por uma desidratação alcoólica via peneira molecular, que é usado há algum tempo em
nosso país, porem um método ainda pouco utilizado e conhecido. As vantagens da produçao
mais limpa através da peneira molecular foram demonstradas na Tabela 2 em comparação
com os outros métodos, e tambem através de relatos citados por alguns especialistas.
O artigo demonstrou também que uma produção mais limpa no setor sucroenergético na
área de produção de álcool anidro é viável e eficaz, fazendo a substituição dos produtos
químicos usados, através do uso da peneira molecular, confeccionando um produto final sem
impurezas e dentro de suas especificações e ao contrário do outro tipo de produção pronto
para ser exportado mundialmente, como o mundo é dependente do ciclo econômico, é
necessária uma forma de se adaptar a um modelo que tem ênfase em produção mais limpa,
onde as indústrias precisam produzir, porém, tem a necessidade de obter medidas que
façam a conservação do meio ambiente.
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O custo é a principal indagação das usinas e destilarias ao investir na aquisição tecnológica
das peneiras moleculares, mas pelas grandes reduções energéticas, menores consumos de
água e vapor, a aplicação na desidratação por peneira molecular é bem mais compensadora
em relação as demais. Uma prova disso é que nos últimos anos, 100% das unidades
desidratadoras vendidas são peneiras moleculares.
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[1] Tecnólogo em Administração de Empresas (Superior) pela Universidade Norte do Paraná,
Técnico em Açúcar e Álcool pelo Instituto federal de Goiás, Graduando em Engenharia de
Produção pelo Instituto Luterano de Ensino Superior Ulbra.
[2] Graduando em Engenharia de Produção.
[3] Graduando em Engenharia de Produção.
[4] Graduando em Engenharia de Produção.
[5] Graduando em Engenharia de Produção.
[6] Graduando em Engenharia de Produção.
[7] Graduando em Engenharia de Produção.
[8] Graduando em Engenharia de Produção.
Enviado: Outubro, 2019.
Aprovado: Novembro, 2019.
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