Expansão da Produção de Bioetanol e

Melhoria Tecnológicada Destilação Alcoólica

Antonio J. A. MeirellesProfessor Associado FEA/UNICAMPE-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

ÁLCOOL

COLUNA A + B

A

B

FLEGMA GERADA

FLEGMA LIQUIDO10 a 20°°°°GL

VINHO

VAPOR

VINHAÇA

ZONA DEESGOTAMENTO

ZONA DERETIFICAÇÃO

88,15

88,15

74,12

74,12

60,10

60,10

46,07

32,04

18,02

Peso Molecular(kg/kmol)

237130,9Isoamílico

185137,9Amílico

565107,7Isobutanol

389117,5Butanol

148282,4Isopropanol

84697,2Propanol

169478,4Etanol

261064,7MetanolAlcoois

760100ÁguaÁgua

PVapor,100 C

(mmHg)TEbulição(oC)

CompostoClasseQuímica

Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica

Acetona

caprílico

Propiônico

Acético

Crotonaldeído

butiraldeído

Acetaldeído

Composto

704720,844,05Aldeídos

153974,972,11

-104,670,09

280656,258,08Cetona

1,7236,9144,21

182140,974,08

427118,160,05Ácidos

PVapor,100 C

(mmHg)TEbulição(oC)

Peso Molecular(kg/kmol)

ClasseQuímica

Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica

-102,9118,17AcetalÉter

130384,16CicloexanoHidro-carboneto

16197,462,07Mono Etileno Glico (MEG)

Diol

Caprilato de Etila

Acetato de Etila

Composto

-207,1172,26

153377,188,11Ésteres

PVapor,100 C

(mmHg)TEbulição(oC)

Peso Molecular(Kg/Kmol)

ClasseQuímica

Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica

ÁLCOOLHIDRATADOem Sistema Completo ABB1 + A1 D

Hidratado Especial= +0,8 kg/LÁlcool Neutro (Hidro-seleção+Concent.)= +(0,8+2,4) kg/L

Hidratado Especial

Condições empregadas nas SIMULAÇÕES1. Alimentação do Vinho (6,5 ou 8,5 GL) a 92 oC.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 ABB1.5. Coluna B com 40 bandejas.6. Coluna B1 com 13 bandejas.7. Coluna A com número de bandejas variando de

14 a 24.

Efeito do No. de Bandejas na Coluna A

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

12 14 16 18 20 22 24 26

Número de Bandejas na Coluna A

Consumo Vapor (Kg/ L Álc.) Vinho 6,5 GL

Vinho 7,5 GL

Vinho 8,5 GL

Configuração ABB1

Vinho 8,5 GL

1.7

1.9

2.1

2.3

12 14 16 18 20 22 24 26Bandejas Coluna A

Consu

mo Vapor (K

g/L) ABB1

AB

Comparação Configurações ABB1 e AB

Hidratado - Conclusões

1. Teor alcoólico do vinho é decisivo no consumo de vapor. Já existem unidades em operação com Vinho a 11-12 oGL.

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 B1?

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

CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR : DE 1,1 A 1,4 KG/LITRO

1-VAPOR COM PRESSÃO

>=1,5 Kgf/cm2g

2-RISCO DE FORMAÇÃO

DE INCRUSTAÇÕES

1.Investigar outras alternativas de integração energética de correntes do processo e outras modalidades de duplo efeito.

2.Investigar se tais alternativas garantem a qualidade do produto Álcool Hidratado e a viabilidade operacional do processo.

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.

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

Épossível 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/cm2).

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

Consumo

Vapor

0,80 Kg/L0,50 Kg/L0,30 Kg/L

TotalAlta pressãoBaixa pressão

0,65 Kg/L0,35 Kg/L0,30 Kg/LBSM

Modelo TotalV. Alta pressãoV. Baixa pressão

Desidratação com MEG – Modelos BSM Atuais

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

0

5

10

15

20

25

30

2000 2001 2002 2003 2004 2005

ANO

% PARTICIP

AÇÃO

10%5%Peneira Molecular

28%0%Etileno Glicol(BSM)

62%95%Cicloexano

20052000Processo Desidrat.

Produção Total Anidro (2005)=

9.000.000 m3/ano

Valores Comparativos dos Diferentes Processos

Máx. 7,22Mín. 9,51Mín. 11,1Energ. Elétrica(Kwh/m3)

140-160200-250100(4)Custo do Investimento

Máx. 2,0 %Mín. 15 %0 % a 25 % Reciclo de Álcool

Máx. 0,1510 anos/carga0,5 a 0,6Desidrat.(L/m3)

30 a 385565Água (L/L)

0,45 a 0,70(3)0,55 (0,80)(2)1,5 a 1,6(1)Vapor (Kg/L)

Destilação com MEG

Modelos BSM

PeneiraMolecular

DestilaçãoAzeotróp.

Processo

(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