Expansão da Produção de Bioetanol e Melhoria Tecnológica da Destilação Alcoólica Antonio J. A. Meirelles Professor Associado FEA/UNICAMP E-mail: tomze@fea.unicamp.br
PRODUTOS Álcool Hidratado Combustível Álcool Hidratado Especial Álcool Hidratado Neutro Álcool Anidro Combustível
Participação dos Diversos Álcoois na Produção Total
COLUNA A + B ZONA DE RETIFICAÇÃO B ÁLCOOL FLEGMA GERADA FLEGMA LIQUIDO 10 a 20 GL VINHO ZONA DE ESGOTAMENTO A VAPOR VINHAÇA
Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica Classe Química Composto Peso Molecular (kg/kmol) T Ebulição ( o C) P Vapor,100 C (mmhg) Água Água 18,02 100 760 Alcoois Metanol 32,04 64,7 2610 Etanol 46,07 78,4 1694 Propanol 60,10 97,2 846 Isopropanol 60,10 82,4 1482 Butanol 74,12 117,5 389 Isobutanol 74,12 107,7 565 Amílico 88,15 137,9 185 Isoamílico 88,15 130,9 237
Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica Classe Química Composto Peso Molecular (kg/kmol) T Ebulição ( o C) P Vapor,100 C (mmhg) Aldeídos Acetaldeído 44,05 20,8 7047 butiraldeído 72,11 74,9 1539 Crotonaldeído 70,09 104,6 - Ácidos Acético 60,05 118,1 427 Propiônico 74,08 140,9 182 caprílico 144,21 236,9 1,7 Cetona Acetona 58,08 56,2 2806
Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica Classe Química Composto Peso Molecular (Kg/Kmol) T Ebulição ( o C) P Vapor,100 C (mmhg) Ésteres Acetato de Etila 88,11 77,1 1533 Caprilato de Etila 172,26 207,1 - Éter Acetal 118,17 102,9 - Hidrocarboneto Cicloexano 84,16 1303 Diol Mono Etileno Glico (MEG) 62,07 197,4 16
ÁLCOOLHIDRATADO em Sistema Completo ABB 1 + A 1 D
Hidratado Especial Hidratado Especial= +0,8 kg/l Álcool Neutro (Hidro-seleção+Concent.)= +(0,8+2,4) kg/l
Efeito do N o. de Bandejas na Coluna A Condições empregadas nas SIMULAÇÕES 1. Alimentação do Vinho (6,5 ou 8,5 GL) a 92 o C. 2. Hidratado (10.470,0 L/h) com 0,93 em massa (93 INPM) 3. Perdas na Vinhaça e na Flegmaça sempre de 0,02 GL (recuperação de 99,75 % do álcool alimentado). 4. Coluna AB (Coluna única) ou ABB 1. 5. Coluna B com 40 bandejas. 6. Coluna B 1 com 13 bandejas. 7. Coluna A com número de bandejas variando de 14 a 24.
Configuração ABB 1 Consumo Vapor (Kg/ L Álc.) 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 Vinho 6,5 GL Vinho 7,5 GL Vinho 8,5 GL 1,8 12 14 16 18 20 22 24 26 Número de Bandejas na Coluna A
Comparação Configurações ABB 1 e AB Consumo Vapor (Kg/L) 2.3 2.1 1.9 1.7 Vinho 8,5 GL ABB1 AB 12 14 16 18 20 22 24 26 Bandejas Coluna A
Hidratado - Conclusões 1. Teor alcoólico do vinho é decisivo no consumo de vapor. Já existem unidades em operação com Vinho a 11-12 o GL. 2. Pequenas modificações de projeto podem reduzir consumo de vapor. Coluna A de 18 para 24 bandejas (8% de economia de vapor). E quanto às Colunas B e B 1? 3. Efeito das correntes de sub-produtos (álcool de segunda, óleo fúsel) sobre a qualidade do produto, a produtividade do processo e o consumo de vapor? 4. Desenvolvimento de melhores sistemas de controle das plantas de álcool hidratado. 5. Desenvolvimento de plantas mais flexíveis, que permitam a produção de hidratado com diferentes padrões de qualidade. 6. Existiria algum mercado que remunerasse melhor o óleo fúsel ou frações do mesmo?
DUPLO EFEITO ÁLCOOL HIDRATADO 1.Investigar outras alternativas de integração energética de correntes do processo e outras modalidades de duplo efeito. 2.Investigar se tais alternativas garantem a 1-VAPOR COM PRESSÃO qualidade do produto Álcool Hidratado >=1,5 Kgf/cm 2 ge a viabilidade operacional do processo. 2-RISCO DE FORMAÇÃO DE INCRUSTAÇÕES 3.É viável encontrar outras soluções para problemas operacionais, como maior velocidade de formação de incrustrações? 4.Qual a relação Custo/Benefício associada a tais integrações energéticas. CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR : DE 1,1 A 1,4 KG/LITRO
Álcool Anidro 1.Destilação Azeotrópica com Cicloexano. 2.Destilação Extrativa com Mono Etileno Glicol (MEG). 3.Desidratação com Peneira Molecular.
DESIDRATAÇÃO COM O USO DE CICLOHEXANO É possível Reciclo Zero.
Desidratação com Cicloexano e Duplo Efeito Vantagens -Menor consumo de vapor (1,0 Kg/L). -É possível Reciclo zero. Desvantagens -Maior custo de investimento. -Uso de vapor de maior pressão (3-4 Kgf/cm 2 ).
4ª TÉCNICA das USINAS de MÉLLE Vantagens -Menor consumo de vapor: de 4,2 para 2,8 Kg/L, partindo de vinho a 6,5 GL. Desvantagens -Custo maior de investimento. -Requer instrumentação mais completa. -Uso de hidrocarboneto inflamável e volátil. -Produção somente de ÁLCOOL ANIDRO.
Desidratação com MEG Primeiros Modelos BSM Vapor Baixa pressão Alta pressão Total Consumo 0,30 Kg/L 0,50 Kg/L 0,80 Kg/L
Desidratação com MEG Modelos BSM Atuais Modelo V. Baixa pressão V. Alta pressão Total BSM 0,30 Kg/L 0,35 Kg/L 0,65 Kg/L
Desidratação com MEG versão BSM para Grandes Volumes
Destilação Extrativa com MEG - BSM 1.Antigas plantas com Ciclo convertidas para MEG duplicam produção 2.Baixas taxas de escoamento de vapor permite construir unidades de escala muito elevada (1.000.000 Litros/dia). Melhor aproveitamento de economias de escala. 3.Opção de várias Desidratadoras com uma única regeneradora permite construir unidades ainda maiores. 4.Baixa sensibilidade do processo ao teor alcoólico do hidratado alimentado. É possível utilizar hidratado de menor teor alcoólico, reduzindo o consumo de vapor do processo como um todo.
Desidratação com Peneira Molecular Sólidos Porosos (Zeólita) seletivos, aprisionam preferencialmente água e liberam ETANOL anidro. Regenerações periódicas da Zeólita reciclando soluções alcóolicas diluídas que devem ser redestiladas. Baixo consumo de vapor; deve ser considerado o consumo de vapor na redestilação das soluções alcoólicas recicladas (0,80 Kg de Vapor/L de álcool). Os processos mais modernos prevêem sistemas integrados que solucionam o consumo excedente de energia na redestilação (0,55 Kg/L). Baixo Consumo de Vapor de Alta Pressão (0,05 Kg/L). Poucas empresas fabricam Zeólitas em nível mundial, produto importado e de custo relativamente elevado ( ¼ do Custo total do Equipamento).
SISTEMA CONVENCIONAL DE PENEIRA MOLECULAR
SISTEMA MODERNO DE PENEIRA MOLECULAR
30 Processo Desidrat. 2000 2005 25 Cicloexano 95% 62% % PARTICIPAÇÃO 20 15 10 Etileno Glicol (BSM) Peneira Molecular 0% 5% 28% 10% 5 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 ANO Produção Total Anidro (2005)= 9.000.000 m 3 /ano
Valores Comparativos dos Diferentes Processos Processo Destilação Azeotróp. Peneira Molecular Destilação com MEG Modelos BSM Vapor (Kg/L) 1,5 a 1,6 (1) 0,55 (0,80) (2) 0,45 a 0,70 (3) Água (L/L) 65 55 30 a 38 Desidrat. 0,5 a 0,6 10 anos/carga Máx. 0,15 (L/m 3 ) Reciclo de 0 % a 25 % Mín. 15 % Máx. 2,0 % Álcool Energ. Elétrica Mín. 11,1 Mín. 9,51 Máx. 7,22 (Kwh/m 3 ) Custo do 100 (4) 200-250 140-160 Investimento (1) Vapor de Baixa Pressão. (2) 0,05 Kg/L de Vapor de Alta Pressão. (3) 0,35-0,45 Kg/L de Vapor de Alta Pressão.
Pervaporação Uma Alternativa Para O Futuro 1. Pequeno Porte =30 a 60.000 L/dia. 2. Investimento Elevado>1,5 Custo Peneira. 3. Consumo Vapor = 0,18-0,20 Kg/L.
Grato pela Atenção