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gustavo-luis-de-carvalho
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cana
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MATMATRIAS RIAS -- PRIMAS DA PRIMAS DA FERMENTAFERMENTAO ETANO ETANLICA.LICA.
Prof.ClProf.Clvis vis ParazziParazziUniversidade Federal de So CarlosUniversidade Federal de So Carlos
Centro de Cincias AgrCentro de Cincias Agrriasrias
Eficincia das CulturasEficincia das Culturas
LCOOIS COMBUSTLCOOIS COMBUSTVEISVEIS
R RO C=C O
R R C alquenos C
R OH R R Ocidos cetonas
carboxlicosC
R Haldedo
RX ROH RORhalogenetos lcool terde alquila
Os lcoois ocupam uma posio central na qumica orgnica. So obtidos e tambm podem dar origem a outras funes (alquenos, steres, ter, cidos, aldedos, etc
O
CR OR
ster
LCOOIS COMBUSTLCOOIS COMBUSTVEISVEIS
lcool composto orgnico em que um tomo de H, de um alcano substitudo por um grupo hidroxila, OH.
CH4 CH3OH (METANOL)
CH3CH3 CH3CH2OH (ETANOL)
Aplicaes combustveis e reagente qumico.
LCOOL ETLCOOL ETLICOLICO
O ETANOL CH3CH2OH
Propriedades Incolor inflamvel (CH3CH2OH + 3 O2 3 H2O + 2 CO2) Odor...... caracterstico. Ponto de fuso.....-111,8C Ponto de ebulio........... 78,32C. Densidade a 20C.......................0,7894Miscvel em gua e em outros compostos orgnicos.
VIAS DE OBTENVIAS DE OBTENO O
a) METANOL Obtido a partir da destilao da madeira.
(aquecimento da madeira a altas temperaturas e na ausncia de ar). lcool da madeira.
Hidrogenao cataltica do monxido de carbono temperaturas e presses elevadas, em torno de 300 - 400C e 200 - 300 atm.
CO + 2H2 CH3OH
VIAS DE OBTENVIAS DE OBTENO O
hETANOL Via Sinttica subprodutos do petrleo
Via fermentativaC6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 23,5 Cal.Glicose Etanol gs carbnico energia
etileno etanol
FbP
2 ATP
DHAP GAPNAD
NADH
2 ATP
PIRUVATO
ACETALDEDO
CO2
NADHNAD
GLICOSE TREALOSE
GLICEROL
AMINOCIDOS
CIDOS ORGNICOS
ETANOL ACETATO
PROTENAS
BIOMASSA
FERMENTAO ALCOLICA(LEVEDURAS)
Sacarose
Glicerol
Etanol
cidos orgnicos
MATMATRIAS RIAS -- PRIMASPRIMASa) AMILCEAS E FECULENTASf Amido cereais f Fculas razes e tubrculosb) CELULSICASf Lenhosas madeirasf Resduos sulfticos lixiviaf Bagao de cana e palhac) AUCARADAS
f Diretamente fermentecveis trioses, tetroses e hexoses (sucos de frutas, mel de abelha, etc.).f No diretamente fermentecveis sacarose,
maltose, rafinose ( cana, beterraba, sorgo)f Mistas melao
TRANSFORMATRANSFORMAESES(No Diretamente (No Diretamente FermentecFermentecveisveis))
a) SacaroseC12H22O11 + HOH C6H12O6 + C6H1206
(glicose) (frutose)
b) MaltoseCH12H22O11 + HOH C6H1206 + C6H1206
(glicose) (glicose)
c) MelibioseC12H22011 + HOH C6H1206 + C6H1206
(Glicose) (galactose)
d) RafinoseC18H32016 + HOH C6H1206 + C6H1206 + C6H1206
(galactose) (glicose) (frutose)
DISSACARDEOS
TRISSACARDEOS
TRANSFORMATRANSFORMAESES(Polissacar(Polissacardeos)deos)
e) Amido(C6H10O5)n + n HOH n C6H12O6 (cidos /enzimas)
(glicose)C6H1005 + n HOH C12H22O11 + 2 (C6H1005)n (malte)
(maltose) (dextrinas limites)f) Celulose
(C6H10O5)n + n HOH n C6H12O6 ( cidos/enzimas)(glicose)
g) Pentosanas(C5H8O4)n + n HOH n C5H10O5
(pentoses arabinose/xilose)h) Hemicelulose
(C6H10O5)n , (C5H8O4)m + n + m HOH n C6H12O6 + m C5H10O6(glicose) (arabinose)
+ m (C5H10O5) + n C6H12O6(xilose) (galactose)
POLISSACARDEOS
(amido)
A MOLCULA DE AMIDO
a. AMILOSE (cadeias simples)
PESO MOLECULAR PODE CHEGAR AT 500.000. HIDRLISE > ENZIMA -AMILASE AO ACASO
LIGAES ( 1-4) > GLICOSE.
b. AMILOPECTINA (cadeias ramificadas)
PESO MOLECULAR AT 1.000.000. HIDRLISE > ENZIMA -AMILASE> ligaes ( 1-4)
> ENZIMA AMILOGLICOSIDASE > ligaes ( 1-6)
(1-4) (1-6)
D - Glicose
ESTRUTURA DA MOLCULA DE AMIDO
AMILOSE
AMILOPECTINA
A MOLCULA DE CELULOSE
POLISSACARDEOFORMADO POR MOLCULAS DE D-GLICOSE,
COMPOSTA POR CADEIA LINEAR ( 1-4),
FUNO ESTRUTURAL.
HIDRLISEENZIMAS CELULASES >ligaes (1-4).
MATMATRIAS RIAS -- PRIMAS NO BRASILPRIMAS NO BRASIL
a) Comunsh Cana-de-acar
z caldo da cana e derivadosz melao (resduo)
b) OutrashMilhohSorgo Sacarino - (colmo e gros)h Resduos agrcolas - (bagao, colmos, palhas).
QUEBRANDO MOLCULAS PARA PRODUZIR LCOOL
ACAR
PRONTO PARAUSO
NO REQUERTRATAMENTOESPECIAIS
AMIDO
REQUER COZIMENTO E
HIDRLISE ENZIMTICA
CELULOSE
REQUER PR-TRATAMENTOS E
HIDRLISE QUMICA E/OU ENZIMTICA
LCOOL DE MILHOLCOOL DE MILHO
O custo do produto (lcool), y EUA U$ 1,10 a 1,40/galo (3,785L).y Brasil U$ 0.65 a 0,85/galo.
Ganhos de ordem ambiental (UNICA, 2005)(unidade de energia gerada por cada unidade de energia
fssil gasta na produo)y Alcooll de milho - so geradas 1,2 a 1,4 unidades de
energia.y Cana-de-acar so geradas de 8 a 10 unidades de
energia ( 700%).
Caractersticas Gerais do Milho
Um dos cereais mais cultivados no mundo.
Composio : carboidratos, protenas, vitaminas, sais minerais, leos, aucares, gorduras, celulose e calorias.
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho
XX EtapasEtapas
hh Recebimento, Controle e Limpeza Recebimento, Controle e Limpeza remoremoo de materiais estranhos (pedao de materiais estranhos (pedaos de sabugo, os de sabugo, partpartculas metculas metlicas, plicas, p););
hh MaceraMacerao ou Amolecimentoo ou Amolecimento
O milho limpo O milho limpo transportado para grandes tanque de maceratransportado para grandes tanque de macerao. o.
Durante a maceraDurante a macerao, os componentes solo, os componentes solveis so extraveis so extrados do dos do gro. gro.
O milho jO milho j amolecidos passam por moinhos de baixo atrito, so amolecidos passam por moinhos de baixo atrito, so quebrados, perdem a pelquebrados, perdem a pelcula e liberam o germe do endosperma.cula e liberam o germe do endosperma.
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho
Tanque de macerao
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho
hh SeparaSeparao do Go do GrmenrmenO germe, nesta etapa, contO germe, nesta etapa, contm de 40 a 50% de m de 40 a 50% de
leo, ele leo, ele mais leve do que o endosperma e a mais leve do que o endosperma e a pelpelcula, cula, separado pela forseparado pela fora centrifuga a centrifuga (hidrociclones).(hidrociclones).
O germe limpo que foi separado, O germe limpo que foi separado, secado e o secado e o leo cru removido atravleo cru removido atravs de prensas mecnicas s de prensas mecnicas e/ou extrae/ou extrao com solventes. o com solventes.
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de MilhohhMoagem e Peneirao
Pelcula + Endosperma
Triturao e Filtragem
(Moinhos deImpacto)
Amido/Glten
Separadores de AmidoMistura
Remanescente
hh SeparaSeparao do Amidoo do AmidoA massa fluA massa fluda de da de gua de amido e glgua de amido e glten ten separada separada por centrifugapor centrifugao. o. A maior parte segue para produA maior parte segue para produo de xaropes de o de xaropes de milho e dextrosemilho e dextrose
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho
O amido, com ainda 1 ou 2 % de proteO amido, com ainda 1 ou 2 % de protenas nas diludiludo e lavado (de 8 a 14 vezes), em do e lavado (de 8 a 14 vezes), em
hidrociclones athidrociclones at remoremoo total de proteo total de protenas,nas,chegandochegando--se assim a um amido de alta se assim a um amido de alta qualidade, tipicamente qualidade, tipicamente 99,5% puro99,5% puro..
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho
hh O tratamento com outra enzima (O tratamento com outra enzima (glicoamilaseglicoamilase) continua o processo de ) continua o processo de converso.converso.
No processo, os refinadores podem parar a aNo processo, os refinadores podem parar a ao o cida ou enzimcida ou enzimtica, em tica, em pontos determinados, para obter as misturas certas de apontos determinados, para obter as misturas certas de acares com cares com dextrose e maltose para os xaropes atenderem a diferentes dextrose e maltose para os xaropes atenderem a diferentes finalidades.finalidades.
hh Converso do Amido
Amido
(suspenso H2O)
cido/enzima - amilase
Dextrose(Soluo com baixo
teor)converso
hh FermentaFermentaoo DEXTROSE DEXTROSE tt AACARESCARES
A dextrose , de todos os acares, um dos mais fermentveis.
Aps a converso do amido a dextrose enviada a fermentao onde convertida em lcool em processo tradicional de fermentao por leveduras ou outros bioprodutos obtidos por fermentao bacteriolgica.
Aps fermentao, o caldo resultante destilados para recuperar lcool ou concentrado por separao com membrana para produzir outros bioprodutos.
O dixido de carbono da fermentao recuperado para venda e os nutrientes restantes aps a fermentao so utilizados como componentes de ingredientes para nutrio animal.
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho
ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho
BAGABAGAO O INTEGRALINTEGRAL FIBRA
FIBRA MEDULAMEDULA
CELULOSE %CELULOSE % 46,646,6 47,747,7 41,241,2
HEMICELULOSE %HEMICELULOSE % 25,225,2 25,025,0 26,026,0
LIGNINA %LIGNINA % 20,720,7 19,519,5 21,721,7
LIGNOCELULLIGNOCELULSICOSSICOS 45%45%
SSLIDOS INSOLLIDOS INSOLVEISVEIS 22--3%3%
SSLIDOS SOLLIDOS SOLVEISVEIS 22--3%3%
UMIDADEUMIDADE 50%50%
hhCOMPOSICOMPOSIO DO BAGAO DO BAGAO DE CANAO DE CANA
ProduProduo do o do lcool de Bagalcool de Bagaoo
Fonte: Russel, 2007.
COMPOSIO QUMICA DOS RESDUOS DA COLHEITA DE CANA
CELULOSECELULOSE 45,1%45,1%
HEMICELULOSEHEMICELULOSE 25,6%25,6%
LIGNINALIGNINA 12,7%12,7%
OUTRAS MATOUTRAS MATRIAS RIAS ORGNICASORGNICAS 4,3%
4,3%
CINZACINZA 8,0%8,0%
UMIDADEUMIDADE 9,7%9,7%
PALHA DE CANA
Fonte: Russel, 2007.
Palha de Cana
Produo de Etanol.
HIDROLISE DE MATERIAL LIGNOCELULSICOS
REQUERIMENTOS PARA AS MATERIAS PRIMAS BAIXO CUSTO
DISPONIBILIDADE
NO BRASIL A MATERIA PRIMA MAIS APROPRIADA O BAGAO DE CANA
(FUTURAMENTE A PALHA)
NO REQUER PREPARO DEMASIADOESTA DISPONIVEL EM GRANDES VOLUMES
ESTANDO DISPONIVEL NO LOCAL NO ENVOLE CUSTOS ADICIONAIS DE
TRANSPORTE
SEU CUSTO COMPARATIVAMENTE MENOR
COMPOSIO DO
BAGAO DE CANAHEMICELULOSE
CELULOSE
LIGNINA
Produo de Etanol
PROCESSOS DE HIDRLISE
Hidrlise Qumica
Hidrlise Enzimtica
Pr-tratamentos
Solventeorgnico
cidoconcentrado
cidodiludo
TECNOLOGIADHR
Produo de Etanol de Bagao ou Palha
Converso de Ligno-celulsicos em Etanol
Fonte: Russel, 2007. (CDM) -converso direta pelo microorganismo(SFS) - sacarificao e fermentao simultnea.
REATOR
TQ. PREPARO DE HIDROSSOLVENTE
COLUNA RECUP. DE ETANOL
FERMENTAO
BALES DE FLASH
CONDENSADORESETANOL
BAGAO
H2SO4
TANQUES LIGNINA
Produo de Etanol PROCESSO DHR
INTEGRAO DHR
DESTILARIA DE LCOOLOU USINA DE ACAR COM DESTILARIA ANEXA
(PROCESSO TRADICIONAL OTIMIZADO ENERGETICAMENTE)
DHR
LCOOL
CANA
PALHA
EFLUENTE
BIOGS
PALHA ENERGIAVINHAA
ENERGIA EXCEDENTE
BAGAO+ PALHA
HIDROLISADO
LIGNINA
ENERGIA
ACAR
BIODIGESTO CALDEIRA +TURBOGERADOR
Fonte: Russel, 2007.
HidrHidrlise de Bagalise de BagaooFONTE: FONTE: DidiniDidini S/A IndS/A Indstrias (Qustrias (Qumica e derivados, 2006)mica e derivados, 2006)
FASES/ FASES/ RENDIMENTOSRENDIMENTOS
HexosesHexoses PentosesPentoses HexosesHexoses PentosesPentoses HexosesHexoses PentosesPentoses
SacarificaSacarificao (%)o (%) 8282 8282 8282 8282 9090 9090
FermentaFermentao (%)o (%) 9090 -- 9090 6262 9090 8282
DestilaDestilao (%)o (%) 9999 -- 9999 9898 9999 9898
lcool (L/t)lcool (L/t) 109109 -- 109109 4141 120120 6060
lcool Total (L/t)lcool Total (L/t) 109109 150150 180180
CaracterCaractersticassticas Sorgo SacarinoSorgo Sacarino CanaCana--dede--aacarcar
Ciclo vegetativoCiclo vegetativo 120 a 130 dias120 a 130 dias 12 e 18 meses12 e 18 meses
Rendimento (t/ha)Rendimento (t/ha) 48,048,0 65,065,0
Umidade %Umidade % 67,967,9 68,768,7
AAcares Redutores (%)cares Redutores (%) 5,65,6 3,03,0
AAcares Redutores totais (ART/ t)cares Redutores totais (ART/ t) 96,396,3 105,0105,0
lcool a 100lcool a 100 GL (L/t)GL (L/t) 62,462,4 67,967,9
Fonte: TEIXEIRA Fonte: TEIXEIRA etet al., 1997 (al., 1997 (CiencCienc. . TecnolTecnol. . AlimAlim., v.17,n.3, 1997) ., v.17,n.3, 1997)
MATRIA-PRIMA PARA A PRODUO DE LCOOL(Caractersticas)
MELAOVariabilidade de composio do melao em Usinas de acar
Valores observados SO PAULO (1) ALAGOAS (2) ELEMENTO
Mdio Mnimo Mximo Mdio Mnimo Mximo gua, % 17,3 8,2 26,8 Slidos Totais, % 82,7 73,2 91,8 Brix, % 80,0 65,0 88,0 78,61 76,77 83,30 Pureza % 65,0 56,0 76,0 46,54 40,41 55,67 Sacarose, % 52,0 47,0 64,0 Glicose, % 12,0 6,0 20,0 Frutose, % 9,0 5,0 17,0 Acares redutores, % 6,0 4,0 12,0 16,20 14,45 18,03 Acares totais, % 65,6 52,1 72,1 54,73 51,11 61,09 Gomas, ppm - 0,0 2000 Subst. Red. Infermentescveis, % 0,3 0,1 0,5 Matria nitrogenada, ppm - 100 300 Acidez sulfrica, % 0,30 0,18 1,2 PH 6,3 5,0 6,8 Cinzas, % 5 3,5 7
P2O5 0,05 0,01 0,15 0,07 0,02 0,14 K20 2,1 1,23 2,68 3,51 2,93 4,52 CaO 0,36 0,14 0,73 1,36 0,93 2,03 MgO 0,12 0,03 0,6 1,03 0,60 1,31 SiO2 0,58 0,56 0,62 Fe2O3 0,32 0,28 0,56 SO3 1,17 1 1,19 Cl 0,18 0,14 0,28 Na2O 0,12 0,11 0,19
Vitaminas A, B1 e B2 Varivel
Fonte: Sntese de publicaes da Copersucar - (1) e (2) - Vasconcelos, 1985
AAcar: 12car: 12--18%18% Fibra: 12Fibra: 12--14% 14% -- sem computar os ressem computar os resduos de colheitaduos de colheita.. Cera 0,1Cera 0,1--0,3%0,3% Cinza: 2Cinza: 2--3%3%
ProduProduo do o do lcool da Canalcool da Cana--dede--AAcarcar
CANA-DE-ACAR
RECEPO/PREPARO EXTRAO
GERAO DEVAPOR e
ELETRICIDADE
PROCESSOLCOOL
PROCESSOACAR
MELAOBAGAO
CALDO
ACAR
LCOOL
VINHAA
CANA CALDO
h PRODUO DE ACAR E LCOOL.
Converso da Sacarose dada CanaCana
Usina de aUsina de acarcarAAcar:car: 120 kg/TC120 kg/TC
Ethanol do melaEthanol do melao:o: 7 l/TC7 l/TC
AAcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)car / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)AAcar:car: 67 kg/TC67 kg/TC
Etanol:Etanol: 42 l/TC42 l/TC
Etanol (Destilaria Autnoma)Etanol (Destilaria Autnoma)Etanol:Etanol: 85 l/TC85 l/TC
ENERGIA RENOVENERGIA RENOVVELVEL
a) BCTRIAS RECOMBINANTESEtanol hidrolisado de bagao, palhas, etc. Escherichia coli (Applied and Environmental Microbiology, 1989)
b) ETANOL PARA PRODUO DE HIDROGNIOHidrognio gerar eletricidade motor eltrico veculos(IFGW, 2006).
c) BIODIESEL (Converso de leos ou gorduras em steres)leo + Metanol steres Metlicos + Glicerolleo + Etanol - steres Etlicos + Glicerol.
F I M
Clvis ParazziE-mail: [email protected]
MATRIAS - PRIMAS DA FERMENTAO ETANLICA.Eficincia das CulturasLCOOIS COMBUSTVEISLCOOIS COMBUSTVEISLCOOL ETLICOVIAS DE OBTENO VIAS DE OBTENO MATRIAS - PRIMASTRANSFORMAES(No Diretamente Fermentecveis)TRANSFORMAES(Polissacardeos)MATRIAS - PRIMAS NO BRASILLCOOL DE MILHOCaractersticas Gerais do MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo de EtanolProduo de Etanol de Bagao ou PalhaHidrlise de BagaoFONTE: Didini S/A Indstrias (Qumica e derivados, 2006)Converso da Sacarose da CanaENERGIA RENOVVEL