Fermentação. 11º SBA Seminário Brasileiro Agroindustrial Ribeirão Preto, Outubro Henrique Amorim

Transcrição

1 Fermentação 11º SBA Seminário Brasileiro Agroindustrial Ribeirão Preto, Outubro 2010 Henrique Amorim

2 SEDE FERMENTEC

3 SEDE FERMENTEC

4 Nossos Serviços CONSULTORIA (TRANSFERENCIA DE TECNOLOGIA) CURSOS E TREINAMENTOS PESQUISA & DESENVOLVIMENTO E ANÁLISES

5 AREAS PRODUÇÃO DE ETANOL BEBIDAS DESTILADAS INDÚSTRIAS DO AÇÚCAR

6 Profissionais especializados em: BIOQUÍMICA QUÍMICA MICROBIOLOGIA CIÊNCIAS AGRÍCOLAS

7 Nossa Equipe Formação TOTAL PhD and post Doctoral 9 Master's Degree 9 MBA 4 BS 18 ADM 10 TOTAL 50

8 Clientes com Contrato Anual Produção anual Cana de açúcar (Mi de ton.) Açúcar (Mi de ton.) Álcool (Bilhões de litros) Bebidas destiladas (Mi litros) 500

9 Bebidas Destiladas Clientes Fermentec MULLER 51 (Cachaça) VALE VERDE (Cachaça) CASA CUERVO (Tequila) CAZADORES (Tequila) BACARDI (Rum)

10 1. O que fazemos bem e precisamos melhorar

11 Contração de volume e medição do rendimento da fermentação

12 Contração de volume na fermentação Porque este estudo? Perda de massa O que é contração de volume? Como se mede o rendimento da destilaria? Porque ocorre esta contração?

13 Medição do rendimento da fermentação Rendimento Fermentação = Volume vinho bruto x Gl vinho bruto - Volume pé x Gl pé = X 100 Volume mosto x %ARTmosto x 0,6475

14 Medição do rendimento da fermentação Inicio da alimentação do levedo tratado

15 Medição do rendimento da fermentação Medição do volume de levedo tratado (cuba)

16 Medição do rendimento da fermentação Alimentação do mosto

17 Medição do rendimento da fermentação Volume de Vinho Bruto Total = Mosto + Levedo

18 Medição do rendimento da fermentação Medição do Volume de Vinho Bruto (final da fermentação)

19 Medição do rendimento da fermentação Volume de Mosto = Volume de vinho Bruto - Volume de Levedo Tratado H1 = Volume alimentado de mosto + Levedo H2 = Volume medido final da fermentação H2 < H1

20 Porque ocorre este fenômeno? 1. Hidrolise da Sacarose H 2 O GLICOSE O INVERTASE + FRUTOSE 342 g SACAROSE 360 g AÇ.REDUTORES 5,26 g de Água é Incorporada em 100 g de Sacarose

21 2. Perda de Massa na Fermentação + GLUCOSE FERMENTAÇÃO 49 g DE GÁS CARBÔNICO 100 g AR FRUTOSE 51 g DE ETANOL 3. com a fermentação, além da perda de massa, ocorre nova acomodação entre as moléculas de água e etanol

22 Objetivo do Estudo Avaliar o erro do volume do mosto e conseqüentemente o efeito no cálculo do rendimento da fermentação

23 Condições do experimento Teste conduzido em triplicata 14 testes realizados 10% levedo no vinho %Álcool Vinho %Álcool no pé %Levedo no pé %ART mosto 4,79 6,45 8,70 10,93 3,19 3,94 4,96 5, ,72 13,61 18,80 23,00

24 Resultados Média de 3 experimentos em 2005/2006 mais 1 experimento realizado em 2004 Tendência foi constante em todos os experimentos

25 Resultados Teor Alcoólico %Erro no rendimento 4,79 0,134 R 2 Correlação Equação 6,45 0,330 a b 8,33 0,520 0,9915 0,1255 0,4789 9,07 0,685 y = 0,1255x + 0, ,93 0,901

26 Contração de Volume 1,000 0,900 0,800 %Erro no Rendimento 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 %Álcool no Vinho Bruto y = 0,1255x - 0,4789 R 2 = 0,9915

27 Conclusão 1. Durante a fermentação a perda de massa (CO 2 ) e um rearranjo molecular, acarretando uma redução no volume 2. A redução de volume é proporcional ao teor de açúcar no mosto. Quanto maior o ART do mosto maior a contração do volume 3. O erro induzido no rendimento é de cerca de 0,12% a mais para cada 1% de teor alcoólico a mais. (faixa testada de 4,5 a 11% de álcool)

28 Determinação do rendimento da fermentação por subprodutos

29 Mosto Açúcares (sac + gli + fru) Sais Ácidos orgânicos Outros Fermento tratado Fermento (levedo) Etanol Ácidos Sais Glicerol Outros

30 Vinho Etanol Glicerol Levedo (biomassa) Ácidos Açúcares residuais Soma tem que dar 100

31 Realidade Normalmente subestimamos os subprotutos, porque: Biomassa: Quando flocula ou decanta, não conseguimos medir. Ácidos: Alguns ácidos são metabolizados por bactérias e parte do acético evapora com o CO 2. Manitol: Produto formado por lactobacilos heterofermentativo.

32 Se subestimamos estes subprodutos, vamos superestimar o rendimento da fermentação

33 Avaliação mais realista do rendimento da fermentação Infermentescíveis do Melaço USINA Açúcares Totais (HPAEC) ART (Eynon-Lane) Infermentescíveis (%) A 56,13 60,87 8,45 B 54,05 57,45 6,28 C 58,67 62,81 7,05 D 52,60 56,46 7,33 E 54,54 59,36 8,83 F 60,88 66,47 9,18

34 Açúcares residuais em vinhos USINA Resultados HPAEC-PAD %Glicose % Frutose %Sacarose %Açúcares totais Somogyi e Nelson %ART A B < 0, C < 0,001 < 0, D < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0, E

35 Determinando o Fim da Fermentação ART (%) X X HORAS BRIX REFRATOMÉTRICO ART/DIONEX ART/SOMOGYI BRIX REFR

36 Determinando o Fim da Fermentação Simulação Número de dornas 7 Tempo de fermentação (h) 10 Tempo de centrifugação (h) 2 Tempo economizado por ciclo 1 Tempo economizado por dorna por dia (h) 2 Tempo economizado total por dia (h) 14 Tempo economizado por 200 dias de safra (h) 2800 Número de fermentações extras por safra 255

37 Determinando o Fim da Fermentação Simulação Número de dornas 7 Tempo de fermentação (h) 10 Tempo de centrifugação (h) 2 Tempo economizado por ciclo 1 Tempo economizado por dorna por dia (h) 2 Tempo economizado total por dia (h) 14 Tempo economizado por 200 dias de safra (h) 2800 Aumento de produção + 9%

38 Biofoss FTIR: Em 2 Minutos: Glicerol Teor Alcoólico Acetato Manitol Sacarose Frutose Glicose

39 Etanol

40 Acetato

41 Glicerol

42 Sacarose

43 2. Utilização de produto e resultado obtido (Caso 1)

44 A toxidez do alumínio e a linhagem da levedura

45 Estudo de caso na Industria , ,6 Alumínio no mosto ,0 10,5 9,9 9,3 8,8 Tempo de Fermentação 16 8,2 13 7, semana Y = 7, , X (* r = 0,65960)

46 Alumínio (teste laboratório) 130ppm 100 Viabilidade 80 % ciclos CAT-1 PE-2 BG-1 BY

47 Alumínio (teste laboratório) 130ppm 100 Rendimento % ciclos CAT-1 PE-2 BG-1 BY

48 Estudo de caso 10 primeiras semanas Tempo de fermentação Etanol % PE-2 100% PE-2 40% PE-2 60% CAT-1 10% PE-2 90% CAT Tempo de fermentação (h) Etanol vinho (%)

49 2. Utilização de produto e resultado obtido (Caso 2)

50 Destilaria A 100% SAFRA 2006/ % 60% 40% 20% 0% CAT-1 PE-2 SELVAGENS BG-1 Selvagem D1 Selvagem D3 DIAS

51 Destilaria A 100% SAFRA 2007/ % 60% 40% 20% 0% DIAS CAT-1 PE-2 SA-1 SELVAGENS Selvagem D1 Selvagem D2 Selvagem D3 Selvagem D4

52 Destilaria A 100% SAFRA 2009/ % 60% 40% 20% 0% CAT-1 PE-2 SA-1 SELVAGENS Selvagem D4 Selvagem D1 Selvagem D3 DIAS

53 Destilaria A SAFRA 2010/ % 80% 60% 40% 20% 0% CAT-1 PE-2 FT858L Selvagens DIAS

54 Concentração centrífuga: unidade V2 90 SAFRA 2008/09 SAFRA 2009/10 SAFRA 2010/11 CONC. CENTRÍFUGAS (%) SEMANA

55 Desempenho FT858L 2009 Lev. Selv FT 858 Aglomeracao (%) 42 1,7 Cont. Bact. (10x7) 3,5 1,2 Viabilidade (%) % alcool vinho 8,9 9,5 Tempo ferm. (h) 9,8 9,6 Antibiotico (mg/l) 11,7 8,7 Acido (g/l) 5,6 6,1

56 3. Eficiências (reais) alcançadas

57 Dificuldade de se medir corretamente o rendimento

58 Dados tem que ter coerência Biomassa Glicerol Contaminação Açúcar Residual

59 Realidade Média máxima 92% Picos 93% Média clientes Fermentec 90,4%

60 4. Desafios Futuros

61 ECOFERM Fermentação com até 16% de teor alcoólico: Reduzindo a vinhaça pela metade Tadeu Fessel

62 ECOFERM - Fermentação com Até 16% de Teor Alcoólico: Reduzindo a Vinhaça pela Metade O Processo de Fermentação ECOFERM A Planta de Demonstração ECOFERM Tadeu Fessel

63 Processo Mosto Açúcar % % etanol 7 16 % Levedura

64 TEOR ALCOÓLICO e TEMPO DE FERMENTAÇÃO 26,00 XAROPE FT - A BG-1 26,00 24,00 24,00 22,00 22,00 20,00 20,00 Tempo ferm. (h) 18,00 16,00 14,00 18,00 16,00 14,00 % álcool (v/v) 12,00 12,00 10,00 10,00 8,00 8,00 6, Rodadas 6,00 Tempo de fermentação Teor Alcoólico

65 100,00 VIABILIDADE e TEOR ALCOÓLICO XAROPE FT - A BG-1 20,00 92,00 18,00 84,00 16,00 % 76,00 68,00 14,00 12,00 % álcool (v/v) 60,00 10,00 52,00 8,00 44, Rodadas 6,00 Viabilidade Teor Alcoólico

66 TEOR ALCOÓLICO e TEMPO DE FERMENTAÇÃO XAROPE FT - B 25,00 20,00 23,00 21,00 18,00 Tempo ferm. (h) 19,00 17,00 15,00 16,00 14,00 % álcool (v/v) 13,00 12,00 11,00 9, Rodadas 10,00 Tempo de fermentação Teor Alcoólico

67 ECOFERM - Fermentação com Até 16% de Teor Alcoólico: Reduzindo a Vinhaça pela Metade A Planta de Demonstração ECOFERM Tadeu Fessel

68 Ecoferm: Planta de Demonstração Localizada na Usina Bom Retiro Grupo Cosan (Capivari SP Brasil) Capacidade de Fermentação de L de etanol/dia Operação 2008/2009/2010 Utiliza vinhaça como fonte de calor

69 Ecoferm: Processo de fermentação com resfriamento por água gelada PRÉ FERMENTADOR MOSTO VAPORES CO2 ÁGUA ÁGUA + ETANOL ÁGUA DA TORRE VINHO/ VINHO EM FERMENTAÇÃO VINHAÇA FONTE QUENTE ÁGUA GELADA (CHILLER) FERMENTAÇÃO COLUNA DE LAVAGEM 36,3 C 29 C TORRE DE RESFRIAMENTO DESTILAÇÃO BIOETANOL VINHO 85 C 20 C K 25 C VINHAÇA 78 o C CHILLER

70 Ecoferm: Processo de fermentação com resfriamento por água gelada Visão geral da planta Ecoferm

71 Ecoferm: Processo de fermentação com resfriamento por água gelada Chiller Ecochill entre a torre de água e o fermentador

72 Balanço Energético Fontes de Energia Condensados Vegetal V2 Vinhaça Make up TORRE DE RESFRIAMENTO 2ª Opção 3ª Opção ECOCHILL 1ª Opção Vapor Escape Condensados p/ Chiller Vegetal Vegetal V2 V2 p/ Chiller Vinhaça p/ Chiller Caldo EVAPORAÇÃO 1º EFEITO EVAPORAÇÃO 2º EFEITO FERMENTAÇÃO DESTILAÇÃO Etanol CO2 Vegetal V1 p/ Destilaria

73 Balanço de Energia no sistema de Fermentação com refrigeração por Chiller de Absorção Resultados para diferentes teores alcoólicos Indicadores Evaporação com 1 efeito 2 efeitos 3 efeitos % Etanol no vinho (GL) 8,0 9,0 10,0 11,0 16,0 16,0 Volume de vinhaça gerada (l/l et) 10,6 9,1 8,0 7,0 3,9 3,9 Água circulante na fermentação (l/l et) 99, ,5 53,5 Consumo de vapor na destilaria (kg/l et) 2,60 2,36 2,16 1,99 1,46 1,46 Tempo de fermentação (horas) 8,1 9,06 10,6 11,0 16,2 16,2 Energia disponível p/cogeraçao (Kwh/tc) 78,2 79,7 81,0 82,2 82,3 83,8 Dados referentes a produção de etanol hidratado

74 Economia Insumos Ácido 0,73g/L etanol (Piloto) Antibiótico Antiespumante Redução pela metade do uso de centrífugas

75 Água de Diluição Produção de m 3 etanol /dia De 8% para 16% de teor alcoólico Redução 50% volume para diluição Economia de 900 m 3 /dia

76 Variação da Relação Volumétrica Vinhaça/Etanol em Função do Grau Alcoólico do vinho 5 Aquec. Indir. Borbotagem

77 Consumo de Vapor Vinho ( o GL) Consumo Vapor (Kg/L etanol produzido) 8 2,60 9 2, , , , , , , ,46 Ganho de 1,14Kg/L de etanol hidratado

78 Ganho Distribuição Vinhaça Produção de 216 milhões L/safra Teor Alcoólico do Vinho Distância (Km) 9,5 p/ 12,00 9,5 p/ 14,00 9,5 p/ 16,6 Vinhaça Vinhaça Vinhaça 10, , , ,43 20, , , ,56 30, , , ,33 Valores em R$

79 Economia m 3 de etanol produzido 90 L/tonelada de cana R$ ,33 Unidade A R$ ,40 Unidade B Ganho com Vinhaça

80 Vantagens - Redução do Volume de Vinhaça pela metade - Economia de Água tratada, pela metade - Economia de Insumos - Otimização do Balanço Energético - Economia na distribuição da vinhaça - Redução de centrífugas, pela metade Tadeu Fessel

81 Pesquisa Financiamento: 1977 até 2008: somente recursos da Fermentec 2008 e 2009: CNPq - bolsistas 2010: FAPESP PIPE - equipamentos

82 MUITO OBRIGADO