Baixe produçao e alcool e açucar e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Agronômica, somente na Docsity! ÍNDICE I - INTRODUÇÃO {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111950" was not found in this document.} II DESENVOLVIMENTO {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111951" was not found in this document.} A Cana {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111952" was not found in this document.} Variedades de Cana-de- Açúcar {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111953" was not found in this document.} Corte da cana {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111954" was not found in this document.} Transporte {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111955" was not found in this document.} Recepção de Cana {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111956" was not found in this document.} Estocagem {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111957" was not found in this document.} Preparo de Cana {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111958" was not found in this document.} Esmagamento e Extração do Caldo {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111959" was not found in this document.} Moagem {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111960" was not found in this document.} Peneiramento {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111961" was not found in this document.} Embebição {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111962" was not found in this document.} Embebição Simples: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111963" was not found in this document.} Embebição Completa: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111964" was not found in this document.} Bagacilho: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111965" was not found in this document.} Sulfitação{Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111966" was not found in this document.} Produção de SO2: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111967" was not found in this document.} Calagem: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111968" was not found in this document.} Preparação do Leite de Cal: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111969" was not found in this document.} Geração de vapor {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111970" was not found in this document.} Geração de energia elétrica {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111971" was not found in this document.} PAGE 53 FABRICAÇÃO DE AÇÚCAR {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111972" was not found in this document.} Tratamento de caldo {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111973" was not found in this document.} Tratamento primário do caldo {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111974" was not found in this document.} Pesagem do caldo {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111975" was not found in this document.} Tratamento químico do caldo {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111976" was not found in this document.} Aquecimento {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111977" was not found in this document.} DECANTAÇÃO {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111978" was not found in this document.} Decantadores {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111979" was not found in this document.} Filtração {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111980" was not found in this document.} Tratamento do lodo para filtração {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111981" was not found in this document.} Conservadores................................................................................ .............. 35 Cozimento {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111982" was not found in this document.} Massa Cozida de Primeira: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111983" was not found in this document.} Massa Cozida de Segunda: {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111984" was not found in this document.} Centrifugação da massa A {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111985" was not found in this document.} Centrifugação da massa B {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111986" was not found in this document.} Secagem:{Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111987" was not found in this document.} Ensaque e Armazenagem................................................ .......................... 41 Mercado brasileiro de açúcar {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111988" was not found in this document.} Demanda doméstica por açúcar {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111989" was not found in this document.} FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111990" was not found in this document.} Tratamento do Caldo {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111991" was not found in this document.} Pré- evaporação {Error calculating value!: Bookmark "_Toc259111992" was not found in this document.} PAGE 53 A Cana A cana-de-açúcar é uma planta que pertence ao gênero Saccharum L.. Há pelo menos seis espécies do gênero, sendo a cana-de-açúcar cultivada um híbrido multiespecífico, recebendo a designação Saccharum spp. As espécies de cana-de-açúcar são provenientes do Sudeste Asiático. A planta é a principal matéria-prima para a fabricação do açúcar e álcool (etanol). A origem provável da cana-de-açúcar data de 6 mil anos AC em regiões próximas à Índia. Durante a Antigüidade, porém, o açúcar não passava de uma especiaria exótica, sendo utilizada apenas como tempero ou remédio. O preparo de alimentos adocicados era feito com mel de abelhas É uma planta da família Poaceae, representada pelo milho, sorgo, arroz e muitas outras gramas. As principais características dessa família são a forma da inflorescência (espiga), o crescimento do caule em colmos, e as folhas com lâminas de sílica em suas bordas e bainha aberta. É uma das culturas agrícolas mais importantes do mundo tropical[gerando centenas de milhares de empregos diretos. É fonte de renda e desenvolvimento, embora nitidamente concentradora de renda. A principal característica da indústria canavieira é a expansão por meio do latifúndio, resultado da alta concentração de terras nas mãos de poucos proprietários, mormente conseguida através da incorporação de pequenas propriedades, gerando por sua vez êxodo rural. A safra da cana-de-açúcar é sazonal iniciando em maio e terminando em novembro. Neste período ocorre o amadurecimento da cana devido a fatores climáticos como falta de umidade, luminosidade e frio. Com o amadurecimento, as canas passam a ser cortadas de forma planejada. No Brasil, o açúcar é produzido a partir da cana, enquanto na Europa é quase totalmente fabricado a partir da beterraba. Hoje, a cana também é utilizada para produção de álcool. PAGE 53 Basicamente, a sacarose é o principal componente da cana-de-açúcar (sólido). Composição média da cana-de-açúcar Composição Teor Água 65 - 75 Açúcares 11 - 18 Fibras 8 - 14 Sólidos solúveis 12 - 23 Tabela 2 Principais constituintes da cana-de-açúcar Constituintes Sólidos solúveis (%) Açúcares 75 a 93 Sacarose 70 a 91 Glicose 2 a 4 Frutose 2 a 4 Sais 3,0 a 5,0 De ácidos inorgânicos 1,5 a 4,5 De ácidos orgânicos 1,0 a 3,0 PAGE 53 Proteínas 0,5 a 0,6 Amido 0,001 a 0,05 Gomas 0,3 a 0,6 Ceras e graxas 0,05 a 0,15 Corantes 3 a 5 Variedades de Cana-de-Açúcar SP89-1115 (CP73-1547) É conhecida tanto pela sua alta produtividade e ótima brotação de soqueira (inclusive sob a palha), como pela sua precocidade e alto teor de sacarose. É recomendada para colheita até o meio da safra, respondendo positivamente à melhoria dos ambientes de produção. Apresenta hábito semi- ereto e baixa fibra, floresce freqüentemente, porém com pouca isoporização. É resistente ao carvão, mosaico, ferrugem e escaldadura, sendo suscetível à broca. SP90-3414 (SP80-1079 x SP82-3544) Destaca-se pelo seu porte ereto, por não florescer, isoporizar pouco e pela sua alta produção, sendo recomendada para colheita do meio para o final da safra. Nos ambientes de alto potencial de produção, responde positivamente à melhoria deles e apresenta teor de sacarose e de fibra médios. Com relação às doenças e pragas, é suscetível à escaldadura e intermediária ao carvão e broca. PAGE 53 intermediária ao carvão e à ferrugem; tem apresentado sintomas de amarelecimento no início e final do ciclo em condições de estresse hídrico. Corte da cana Através do controle e planejamento dos canaviais, é montado um programa de corte baseado na maturação da cana. Dessa forma, tem-se áreas com cana plantada que vão estar próprias para o corte em momentos diferentes, o que permite seu manejo. O corte feito manualmente representa 50% da cana colhida. Os outros 50% são colhidos por colhedeiras . Transporte O transporte da lavoura até a unidade industrial é feito por caminhões. Cada carga transportada pesa aproximadamente 16 toneladas. Hoje há caminhões com capacidade de até três ou quatro carrocerias em conjunto, aumentando muito a capacidade do transporte. Depois de cortada e transportada para a Usina, a cana-de-açúcar é enviada para a moagem, onde se inicia o processo de fabricação do açúcar e do álcool. Recepção de Cana A cana-de-açúcar é recebida na balança, pesagem e controle de matéria prima na indústria. cana-de-açúcar para retirada de impurezas. Estocagem PAGE 53 A matéria prima é descarregada na mesa alimentadora, através de descarregadores laterais, chamados Hillo, e também uma parte descarregada pelo mesmo processo, no depósito, o qual serve para estocagem de cana que será processada durante o período da noite. Esta cana é transportada do depósito, para as mesas alimentadoras, através de pontes rolantes, equipadas com garras hidráulicas. Preparo de Cana A mesa alimentadora controla a quantidade de cana sobre uma esteira metálica que a transfere ao setor de preparo. O objetivo básico do preparo da cana é aumentar a sua densidade e, conseqüentemente, a capacidade de moagem, bem como realizar o máximo rompimento das células para liberação do caldo nelas contido, obtendo-se, portanto, uma maior extração. O sistema de preparo é constituído por um ou dois jogos de facas - dos quais o primeiro é apenas nivelador - que prepara a cana a ser enviada ao desfibrador. O jogo de facas é um equipamento rotativo de facas fixas, que opera a uma velocidade periférica de 60m/s, e tem por finalidade aumentar a densidade da cana, cortando-a em pedaços menores, preparando-a para o trabalho do desfibrador. O desfibrador, por sua vez, é formado por um tambor alimentador que compacta a cana à sua entrada, precedendo um rotor constituído por um conjunto de martelos oscilantes que gira em sentido contrário à esteira, forçando a passagem da cana por uma pequena abertura (1 cm) ao longo de uma placa desfibradora. A velocidade periférica dos desfibradores, de 60 a 90m/s, chega a fornecer índices de preparo de 80% a 92%. Este índice seria uma relação entre o açúcar das células que foram rompidas pelo desfibrador e o açúcar da cana. Esmagamento e Extração do Caldo O processo de extração do caldo é feito por esmagamento, através de um conjunto de rolos esmagadores, os quais extraem 98% do caldo contido PAGE 53 nas fibras da cana-de-açúcar. Esta eficiência é possível, desde que os equipamentos estejam muito bem regulado. Moagem A cana que chega à unidade industrial é processada o mais rápido possível. Este sincronismo entre o corte, transporte e moagem é muito importante, pois a cana é uma matéria prima sujeita a contaminações e conseqüentemente de fácil deterioração.. Antes da moagem, a cana é lavada nas mesas alimentadoras para retirar a terra proveniente da lavoura. Após a lavagem, a cana passa por picadores que trituram os colmos, preparando-a para a moagem. Neste processo as células da cana são abertas sem perda do caldo. Após o preparo, a cana desfibrada é enviada à moenda para ser moída e extrair o caldo. Na moenda, a cana desfibrada é exposta entre rolos submetidos a uma pressão de aproximadamente 250 kg/cm², expulsando o caldo do interior das células. Este processo é repetido por seis vezes continuamente. Adiciona-se água numa proporção de 30%. A isto se chama embebição composta, cuja função é embeber o interior das células da cana diluindo o açúcar ali existente e com isso aumentando a eficiência da extração, conseguindo-se assim extrair cerca de 96% do açúcar contido na cana. O caldo extraído vai para o processo de tratamento do caldo e o bagaço para as caldeiras. Cana desfibrada, pronta para a moagem. Peneiramento PAGE 53 Sulfitação O caldo misto resultante da moagem tem um aspecto verde escuro e viscoso; é rico em água, açúcar e impurezas, tais como: bagacilhos, areias, colóides, gomas, proteínas, clorofila e outras substâncias corantes. Seu pH varia entre 4,8 a 5,8. O caldo é aquecido de 50 a 70º C e bombeado para o sulfitador para ser tratado com SO2. O gás sulfurico tem a propriedade de flocular diversos colóides dispersos no caldo que são os corantes e formar com as impurezas do caldo produtos insolúveis. O SO2 é adicionado em uma corrente em sentido contrário até que o pH abaixe entre 3,4 a 6,8. O gás sulfuroso age no caldo como purificador, neutralizador, descorador e preservativo. Produção de SO2: O gás sulfuroso é produzido por um queimador rotativo de enxofre que consta de um cilindro giratório no qual se faz a combustão do S. S + O2 = SO2 Devido a energética ação inversiva do H2SO4 é preciso evitar a sua formação, durante a sulfitação do caldo. Os ácidos diluídos no caldo sobre a sacarose sofre um efeito hidrolítico, pelo qual uma molécula de sacarose com outra de água dão uma de glicose e uma de levulose. C12H22O11 + H2O = C6H12O6 + C6H12O6 PAGE 53 Esse é um fenômeno de inversão e o açúcar, invertido. Calagem: O caldo depois de sulfitado é encaminhado para o tanque de calagem, recebendo leite de cal, até pH 7,0 – 7,4. É de máxima importância adicionar a cal, com maior exatidão possível, pois se a quantidade adicionada for insuficiente o caldo permanecerá ácido, e consequentemente será turvo, mesmo depois de decantado, correndo ainda o perigo da perda de açúcar por inversão. Se a quantidade de cal adicionada for excessiva haverá a decomposição de açucares redutores, com a formação de produtos escuros, que dificultam a decantação, a filtração e a cristalização, como também escurecem e depreciam o açúcar fabricado. Preparação do Leite de Cal: Partindo-se da cal virgem, junta-se água em quantidade suficiente para não permitir a secagem da massa, deixa-se repousar durante 12 a 24 horas. Em seguida, dilui-se essa massa com água e mede-se a densidade do caldo. Os caldos com densidade superior a 14º Be, passam com dificuldade nas bombas e nos encanamentos. Deve se usar um cal virgem com 97 – 98% de óxido de cálcio e 1% de óxido de magnésio. Teores mais elevados de magnésio causam incrustações nos evaporadores. Geração de vapor PAGE 53 O bagaço que sai da moenda com muito pouco açúcar e com umidade de 50%, é transportado para as caldeiras, onde é queimado para gerar vapor, que se destina a todas as necessidades que envolvem o acionamento das máquinas pesadas, geração de energia elétrica e o processo de fabricação de açúcar e álcool. A sobra de bagaço é vendida para outras indústrias. O bagaço é muito importante na unidade industrial, porque é o combustível para todo o processo produtivo. Um bom sistema térmico é fundamental. Usamos processo vapor direto, vapor de escape e vapor vegetal. Geração de energia elétrica Parte do vapor gerado é enviado aos turbogeradores que produzirão energia elétrica suficiente para movimentar todos os acionamentos elétricos e a iluminação. O consumo é de 4.500 kw O açúcar no Brasil Apesar de se ter notícia sobre culturas de cana-de-açúcar no Brasil desde 1521 ou mesmo sobre a presença de espécies nativas, a implantação na Colônia de uma empresa açucareira voltada à exportação só ocorreu em 1533, por obra de Martim Afonso de Souza. O donatário da Capitania de São Vicente trouxe sementes da Ilha da Madeira - uma das maiores produtoras de então - e criou em suas terras o Engenho do Governador. Anos depois, a propriedade foi adquirida pelo belga Jorge Erasmo Schetz, que a chamou de Engenho São Jorge dos Erasmos, sendo este considerado o primeiro do engenho do Brasil. Em 1550, Pernambuco tornou-se o maior produtor mundial de açúcar e, em 1570, dos cerca de 60 engenhos existentes na costa brasileira, 41 estavam entre os Estados de Pernambuco e da Bahia. O açúcar foi a base da economia colonial e entre os séculos 16 e 19. Sua produção e comércio renderam duas vezes mais que o do ouro e cinco vezes mais do que todos os outros produtos agrícolas juntos. PAGE 53 Assim, o tratamento químico visa principalmente à coagulação, à floculação e à precipitação destas impurezas, que são eliminadas por sedimentação. É necessário, ainda, fazer a correção do pH para evitar inversão e decomposição da sacarose. O caldo tratado pode ser enviado à fabricação de açúcar ou de álcool. No segundo caso, a etapa de sulfitação, descrita a seguir, não é obrigatória. Sulfitação do caldo Consiste na absorção do SO2 (anidrido sulfuroso), pelo caldo, baixando o seu pH original a 4,0-4,5. A sulfitação é realizada usualmente em uma coluna de absorção que possui, em seu interior, pratos perfurados. O caldo é bombeado na parte superior da torre e desce por gravidade através dos pratos em contracorrente com o SO2 gasoso, aspirado por um exaustor ou ejetor instalado no topo da coluna. Devido à grande solubilidade do SO2 na água, pode se obter uma absorção de até 99,5% com este equipamento. O SO2 gasoso é produzido na usina através da queima do enxofre na presença de ar, em fornos especiais, segundo a reação: S + O2 -> SO2 A sulfitação tem como objetivos principais: · Inibir reações que causam formação de cor; · A coagulação de colóides solúveis; · A formação de precipitado CaSO3 (sulfito de cálcio); · Diminuir a viscosidade do caldo e, conseqüentemente, do xarope, massas cozidas e méis, facilitando as operações de evaporação e cozimento. O consumo médio de enxofre pode ser estimado em 250 a 500 g/TC. PAGE 53 Calagem Trata-se do processo de adição do leite de cal (Ca [OH]2) ao caldo, elevando seu pH a valores da ordem de 6,8 a 7,2. A calagem é realizada em tanques, em processo contínuo ou descontínuo, objetivando o controle do pH final. O leite de cal também é produzido na própria usina através da "queima" da cal virgem (CaO) em tanques apropriados (piscinas de cal) ou hidratadores de cal segundo a reação: CaO + H2O -> Ca (OH)2 + calor O Ca(OH)2 produzido apresenta uma concentração de 3º - 6º "Beaume" antes de ser adicionado ao caldo. Esta neutralização tem por objetivo a eliminação de corantes do caldo, a neutralização de ácidos orgânicos e a formação de sulfito e fosfato de cálcio, produtos que, ao sedimentar, arrastam consigo impurezas presentes no líquido. O consumo da cal (CaO) varia de 500 a 1.000g/TC, segundo o rigor do tratamento exigido. Aquecimento O caldo sulfitado e caleado segue para os aquecedores ( 04 aquecedores de cobre ), onde atinge temperatura média de 105º C. Os principais objetivos do aquecimento do caldo são: - Eliminar microorganismos por esterilização; - Completar reações químicas; - Provocar floculação. PAGE 53 Os aquecedores são equipamentos nos quais tem a passagem de caldo no interior dos tubos e a circulação do vapor pelo casco ( calandra ). O vapor cede calor para o caldo e condensa-se. Os aquecedores podem ser horizontais ou verticais, sendo os primeiros, os mais utilizados. Esses equipamentos constam de um cilindro fechado nas duas extremidades por chapas perfuradas de cobre ou ferro fundido, chamadas de chapas tubulares ou espelhos, onde são mandriados ou soldados os tubos de circulação do caldo. Nas extremidades desse conjunto existem dois “cabeçotes” que por sua vez, apoiam suas bases sobre o espelho, sendo fixados neste por pinos. Na outra extremidade dos cabeçotes localizam-se as tampas com dobradiças, presas por meio de parafusos de borboletas. Os cabeçotes são divididos internamente por chicanas em vários compartimentos, denominados ninhos ou passe. Os desenhos dos cabeçotes superior e inferior são diferentes, a fim de propiciar a circulação em vaivém do caldo, caracterizando o sistema de passagens múltiplas. As perfurações do espelho, seguem uma distribuição tal que cada conjunto de tubos forma um feixe que conduz o caldo em sentido ascendente e outro descendente. O número de tubos por feixe depende do diâmetro do tubo e da velocidade desejada. A eliminação dos gases é realizada quando se envia o caldo aquecido para o balão de flash. A temperatura do caldo deve ser superior à 103º C. se o flasheamento não ocorre, bolhas de gás aderidas aos flocos diminuirão a velocidade de decantação. O aquecimento do caldo pode ser prejudicado pela presença de incrustação nos tubos dos aquecedores. Para isso são realizadas limpezas periódicas nos mesmos. A remoção dos gases incondensáveis e a descarga dos condensadores também são necessária para uma boa transferência do calor do vapor para o PAGE 53 Velocidade e Circulação do Caldo A velocidade adotada para a circulação do caldo é importante, pois ela aumenta o coeficiente de transmissão de calor por concepção. Essa velocidade de circulação do caldo não deve ser inferior à 1,0 m/s, pois quando isso ocorre, há maior incrustação e a temperatura do caldo vai rapidamente com o passar do tempo de uso. Velocidade maiores que 2 m/s também são indesejáveis, visto eu as perdas de cargas são grandes. As velocidades médias mais recomendáveis estão entre os valores de 1,5 – 2,0 m/s quando a eficiência da transmissão de calor e a economicidade da operação se equacionam. DECANTAÇÃO Dosagem de Polímero: Finalidades: Promover formação de flocos mais densos nos processos de clarificação do caldo, visando: - Maior velocidade de sedimentação; - Compactação e redução do volume de lodo; - Melhoria na turbidez do caldo clarificado; - Produzir lodo com maior filtrabilidade, ocasionando um caldo filtrado mais limpo; - Menores perdas de sacarose na torta. Características Floculantes / Quantidades Adicionadas: PAGE 53 As principais características dos floculantes são: peso molecular e grau de hidrólise. A seleção do polímero mais adequado é feita por tentativa em testes preliminares no laboratório, testando-se polímeros de diferentes graus de hidrólise e pesos moleculares.Outro fator importante é a quantidade adicionada. Normalmente a dosagem varia de 1 – 3 ppm em relação à matéria prima. A adição de grandes quantidades pode provocar efeito contrário, ou seja, em vez de provocar atração das partículas, acontece a repulsão. Floculação / Decantação: Após o aquecimento, o caldo passa pelos balões de flash e entram para os decantadores, onde na câmara aquecedora, na entrada do decantador é aquecido e recebe o polímero. Os principais objetivos da decantação, do ponto de vista prático são: - Precipitação e coagulação tão completa quanto possível dos colóides; - Rápida velocidade de assentamento; - Máximo volume de lodos; - Formação de lodos densos; - Produção de caldo, o mais claro possível. Entretanto, esses objetivos podem não ser atingidos, se não houver uma perfeita interação entre a qualidade do caldo a ser clarificado, a qualidade e a quantidade dos agentes clarificantes, o pH e a temperatura do caldo para decantação e o tempo de retenção nos decantadores, pois esses determinam o caráter físico desse sistema sólido – líquido. Segundo estudos realizados, resultados desfavoráveis na clarificação do caldo podem originar-se devido às seguintes causas: PAGE 53 1- Precipitação incompleta dos colóides que podem ocorrer por: - Pequeno tamanho das partículas; - Ação coidal protetora; - Densidade de algumas que pode ocorrer devido os seguintes fatores: 2- Precipitação lenta que pode ocorrer devido os seguintes fatores: - Alta viscosidade; - Excessiva área superficial das partículas; - Pequena diferença de densidade entre o precipitado e o líquido. 3- Grande volume de lodos, que pode advir da grande quantidade de material precipitáveis, principalmente fosfatos. 4- Baixa densidade dos lodos que pode ocorrer à: - Forma e tamanho das partículas precipitadas; - Hidratação das partículas. Como o processo de precipitação formado no líquido é feito por sedimentação, a produção de flóculos bem formados é muito importante. A velocidade de sedimentação das partículas depende de seu tamanho, forma e densidade, bem como a densidade e viscosidade do caldo. A lei que rege a sedimentação das partículas através da resistência do meio e sob a gravidade foi estabelecida por Stokes: V = D2 ( d1 - d2 ) g/18u Onde: V = velocidade de sedimentação D = diâmetro das partículas PAGE 53 - Caldo claro ( ou sobrenadante ); - Lodo, que se espessa no fundo do decantador; O caldo claro após peneirado estaticamente, segue para a Destilaria / Fábrica, enquanto o lodo é filtrado para que se separe o caldo do material precipitado, contendo os sais insolúveis e bagacilhos. O lodo separado no decantador é de carater gelatinoso, não podendo ser submetido diretamente à filtração, sendo necessário adicionar uma certa quantidade de bagacilho. Está servirá como elemento de filtração, aumentando a porosidade do bolo. Além disso, as perfurações da tela filtrante são muito grande para reter os flocos, daí também a necessidade do auxiliar de filtração. Adição de Bagacilho: Das esteiras – moendas / caldeiras é retirado o bagacilho ( bagaço fino ) que funciona como elemento coadjuvante da filtração. O bagacilho é misturado ao lodo na caixa misturadora, tomando o mesmo passível de filtração, uma vez que proporciona ao lodo consistência e porosidade. A quantidade e o tamanho do bagacilho a ser adicionado são muito importante para a eficiente retenção do filtro. Estudos teóricos demonstram que o tamanho desejável de bagacilho deve ser menor que 14 mesh. A quantidade de bagacilho a ser adicionado para a filtração, no geral, está entre 4 a 12 Kg de bagacilho por tonelada de cana. Em seguida, a mistura é filtrada em dois filtros rotativos à vácuo e um filtro prensa para a separação do caldo e da torta. Funcionamento do Filtro Rotativo à Vácuo: Essencialmente, uma estação de filtração à vácuo, consta das seguintes partes: PAGE 53 - Filtros Rotativos; - Acessórios dos filtros; - Misturados de lodo; - Instalação pneumática para transporte de bagacilho. O filtro rotativo é um equipamento constituído por um tambor rotativo que gira ao redor de um eixo horizontal, sendo construído na forma cilíndrica, em chapa de aço carbono ou inoxidável. A sua superfície está dividida em 24 seções longitudinais independentes, formando um ângulo de 15º com a circunferência. Essas divisões são desmarcadas por barras colocadas no sentido do comprimento do equipamento. Nos filtros grandes, existe uma divisão no centro do tambor, feita para que haja distribuição do vácuo de dois cabeçotes. Externamente, o tambor é revestido por grades de polipropileno, que permitem a drenagem e circulação do caldo filtrado. Sobre essa base, sobrepõem-se as telas, que podem ser de cobre, latão ou aço inoxidável. Ao iniciar o movimento giratório, uma seção de tambor entra em comunicação com a tubulação de baixo vácuo. O líquido é então aspirado, formando na superfície do tambor uma fina camada proveniente dos materiais em suspensão. O líquido que atravessa esta seção é turvo, pois arrasta parte do lodo. Em seguida, a seção passa pela tubulação de alto vácuo, aumentando a espessura da torta, até sair do líquido em que estava parcialmente submersa, obtendo-se, consequentemente, um líquido filtrado mais claro. Jateia-se água quente sobre a torta, deixando-se secar em seguida.Antes da mesma seção entrar novamente em contato com o líquido a ser filtrado, um raspador horizontal convenientemente regulado, retira a torta que ficou impregnada na superfície do tambor, sendo a mesma conduzida até o sistema de armazenamento. PAGE 53 Mecanismo de Funcionamento de Filtro Rotativo à Vácuo: Para iniciar a operação de filtração, colocam-se em movimento os agitadores da mistura, para logo a seguir, admitir-se a mistura de lodo e bagacilho na calha, até a altura de transbordamento. Nesse instante, ligam-se a bomba de vácuo e as de filtrado, dando-se início à movimentação do filtro. Após o sistema entrar em regime normal de trabalho, observa-se logo que uma seção de filtro é mergulhada no líquido, e o baixo vácuo de 10 a 25 cm de Hg começa a agir, a fim que se forme uma camada filtrante uniforme. Nesse momento o resultado da filtração é um caldo turvo, que sai através das canalizações e vai até o local correspondente, de onde é retirado por bomba centrifuga, sendo enviado à fase de clarificação. Da quantidade de caldo recuperado, 30 a 60% é constituída pelo caldo turvo. Logo que a torta se formou sobre a superfície filtrante, o vácuo se eleva ao redor de 20 a 25 cm de Hg, e o caldo obtido é claro. A elevação do vácuo é necessária, pois a torta se espessa e a resistência à filtração aumenta. A quantidade de caldo claro obtido nesta fase corresponde de 40 a 70% do volume. Quando a seção emerge do líquido, recebe a seguir, em vários pontos, água quente, que vai arrastando o açúcar da torta, enquanto o tambor continua em movimento. Após a última seção de bicos injetores de água, a qual geralmente se localiza na parte superior do filtro, inicia-se a fase de secagem da torta, ainda pela ação do vácuo. A fase seguinte consiste em remover a torta formada da superfície de filtração, que é conseguido mediante o rompimento do vácuo e sob a ação do raspador. A torta desprendida cai no sistema transportador, sendo conduzida para o sistema de armazenamento, donde será transportada para o campo, para utilização como adubo. Tratamento do lodo para filtração PAGE 53 reservatório e através de bombeamento chega ao 1º corpo de evaporação numa temperatura de mais ou menos 120 – 125º C sob pressão e por intermédio de uma válvula regulada para passar para o 2º corpo, até o último sucessivamente. Observa-se que o primeiro corpo de evaporadores é aquecido por intermédio de vapor vindo das caldeiras ou vapor de escape que já passou por máquina a vapor ou turbina. Ao sair da última caixa de evaporação o caldo já concentrado até 56 a 62º brix é chamado de Xarope. Para que o vapor vegetal fornecido para cada corpo de evaporação possa aquecer o caldo da caixa seguinte é necessário trabalhar-se com pressão reduzida ( vácuo ) a fim de que o ponto de ebulição do líquido seja mais baixo, assim por exemplo, a última caixa de evaporação trabalha com 23 a 24 polegadas de vácuo, reduzindo o ponto de ebulição do líquido até 60º C. Sangria de Vapor: Como os cozedores a vácuo são corpos de evaporação de simples efeito, uma melhor eficiência quanto ao uso de vapor é conseguida pelo aquecimento do vapor de um dos efeitos da evaporação. A economia obtida varia conforme a posição do efeito de onde é sangrado, segundo a fórmula: Economia de Vapor = M / N Onde: M = posição do efeito N = número de efeitos Assim, a sangria do primeiro efeito de um quadruplo resultaria em uma economia de um quarto do peso de vapor retirado. Capacidade: PAGE 53 A capacidade de uma seção de evaporação em retirar água é estabelecida pela taxa de evaporação por unidade de área da superfície de aquecimento, pelo número de efeitos e pela localização e quantidade de vapor sangrado. Sem o uso de sangria, a capacidade é determinada pela performance do efeito menos positivo. O sistema é auto-equilibrável. Se um efeito seguinte não consegue usar todo o vapor produzido pelo efeito precedente, a pressão no efeito precedente aumentará a e evaporação se reduzirá até que o equilíbrio seja estabelecido. Operação: Na operação da evaporação, o suprimento de vapor de escape para a primeira caixa deve ser controlado de modo a produzir a evaporação total requerida, mantendo-se o xarope numa faixa de 65 a 70º brix. No entanto, uma alimentação uniforme de caldo é essencial para uma boa performance da evaporação. Controle Automático: A eficiência da evaporação pode ser aumentada pelo uso de instrumentação de controles automáticos. Os elementos essenciais são: - Pressão absoluta ( vácuo ); - Brix do xarope; - Nível de líquido; - Alimentação. A pressão absoluta é controlada pela regulagem da quantidade de água que vai para o condensador, mantendo desse modo uma temperatura do xarope no último corpo ao redor de 55º C. PAGE 53 O valor de ajuste da pressão absoluta dependerá também do brix do xarope. Na faixa de 65 – 70º brix, a pressão absoluta será da ordem de 10 cm de coluna de mercúrio. O brix do xarope é controlado pela regulagem da válvula de saída do xarope da última caixa, sendo 65º brix, para se prevenir a possibilidade de cristalização na evaporação. A alimentação dever ser mantida uniforme, utilizando-se tanque de caldo como controle pulmão. Acima de certo nível, a alimentação é sinalizada de modo a reduzir a quantidade de caldo que chega. Abaixo de um certo nível, reduz-se o suprimento de vapor à evaporação, a um nível mínimo, uma válvula de água é aberta para manter a evaporação em funcionamento. Condensadores Condensadores e Sistema de Vácuo: Com um condensador satisfatório e adequado a capacidade da bomba de vácuo, os pontos importantes na operação são a quantidade e temperatura da água e vazamentos de ar. Um condensador bem projetado fornecerá, na capacidade nominal, uma diferença de 3º C entre a água descarregada e o vapor sendo condensado. A quantidade de água necessária depende de sua temperatura, quanto maior a temperatura, maior a quantidade requerida. Os vazamentos de ar constituem usualmente a principal causa do mau funcionamento do evaporador. Todas as caixas e tubulações devem ser revisadas periodicamente quanto a vazamentos. Outra dificuldade comem é o ar contido no caldo alimentado, difícil de ser detectado nos testes para se descobrir vazamento. Remoção de Condensadores: PAGE 53 - Remoção de condensados; - Incrustações; - Sangria de vapor. A dificuldade no suprimento de vapor e no sistema de vácuo e de respeito à remoção de gases e condensados e a incrustações, são percebidos com mais facilidade pela observação da queda de temperatura através das caixas. Assim, as medidas da temperatura e pressão em caixa devem ser registradas regularmente. Uma irregularidade pode ser visualizada pela mudança dessas medidas. Por exemplo, se o gradiente de temperaturas em uma caixa aumenta, enquanto a queda do conjunto de evaporação permanece a mesma, a que através das outras caixas será menor. Isto significa uma anormalidade na caixa que requer investigação, e talvez decorra de falhas na remoção de condensados ou gases incondensáveis. O problema decréscimo na evaporação do conjunto todo pode ser causado pela pouca retirada ( sangria ) do vapor para os aquecedores e cozedores a vácuo. Caso o vapor não seja retirado, a pressão aumenta, o que pode ser observado pelas leituras de pressão. Cozimento O cozimento é efetuado com pressão reduzida, a fim de evitar a caramelização do açúcar e também a temperatura mais baixas para uma cristalização melhor mais fácil. O xarope é lentamente concentrado até que se atinja a condição de supersaturação, quando aparecem os primeiros cristais de sacarose. Nesta operação ainda tem-se uma mistura de cristais da sacarose e mel, conhecido como Massa Cozida. Massa Cozida de Primeira: PAGE 53 Falta a cristalização do xarope, os cristais ainda são muito pequenos, requer então proceder o seu conhecimento. Tem-se uma certa quantidade de cristais já formados em um dos aparelhos de cozimento e vai se alimentando os mesmos com xarope que está depositado, estes cristais vão crescendo até um certo tamanho desejado, que o operário pode observar através de lunetas dispostas nos aparelhos e também por meio de sonda. Costuma-se alimentar os cristais de açúcar com xarope até certo ponto do cozimento e depois continua adicionando-se mel rico. Os cozimentos devem ser bem controlados, evitando a formação de falsos cristais que prejudicam a posterior turbinagem das Massas Cozidas. Massa Cozida de Segunda: Utiliza-se em pé de cozimento feito com xarope e alimenta-se estes cristais com mel pobre. Tanto as massas de 1ª como as de 2ª são descarregadas dos cozedores em caixas retangulares de fundo cilíndrico chamadas cristalizadores. Aí as massas ficam até o ponto de turbinagem. Para a separação dos cristais e dos méis que os acompanham é necessário proceder-se a turbinação das massas. Isto se faz em centrifugas contínua e descontínuas, sendo que nas descontínuas turbinam-se açúcares da 1ª e nas contínuas os açúcares da 2ª que servirão como pé de cozimento para os de 1ª. As turbinas constam de um cesto metálico perfurado e um motor para acionamento. Pela centrifugação os meios atravessam os furos do cesto, ficando retidos os cristais de açúcar. No início da centrifugação a massa é levada com água quente retirando-se o que chamamos de mel rico. O açúcar é retirado no fim da turbinagem pelo fundo do cesto. Os méis rico e pobre são recolhidos em tanques separados, aguardando o momento proveniente da massa de 2ª e de cor amarelo-clara e diluído com água ou xarope nos dá um produto denominado Magma, o qual servirá como PAGE 53 pé de cozimento para as massas de 1ª , o mel separado das massas de 2ª tem o nome de mel final que será transformado por fermentação em vinho fermentado e este será após destilação em álcool hidratado ou anidro. O açúcar retirado das turbinas é descarregado em uma esteira e conduzido através de um elevador de canecas para um cilindro rotativo com passagem de ar com a finalidade de extrair a umidade presente a tal ponto que não permita o desenvolvimento de microorganismos os quais causaria deterioração com perda de sacarose. Centrifugação da massa A A massa A é um produto que contém cristais de aproximadamente 0,5mm envolvidos numa película de mel. Na saída do secador, o açúcar é enviado por esteiras sanitárias até a moega de açúcar (reservatório próprio para açúcar), de onde é feito o ensacamento. Centrifugação da massa B A massa B é um produto que contém cristais de aproximadamente 0,2m m e melaço. Na centrifugação, os cristais são separados do mel B (ou melaço) onde o magma (cristais de açúcar B) será utilizado como núcleo para o cozimento A e o melaço é enviado para a fabricação do Na saída do secador, o açúcar é enviado por esteiras sanitárias até a moega de açúcar (reservatório próprio para açúcar), de onde é feito o ensacamento. Dornas para separação da água e do xarope. Centrífugas para separação do açúcar. Secagem: PAGE 53 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL A fabricação de álcool é uma unidade anexa, portanto o processo de moagem de cana é o mesmo já descrito da produção do açúcar. Tratamento do Caldo Após passar pelo tratamento primário de peneiramento, o caldo é submetido a um tratamento mais completo que implica na adição de cal, aquecimento e posterior decantação, tratamento semelhante àquele utilizado na fabricação de açúcar. Em geral, o resfriamento do caldo é realizado em duas etapas: · Fazendo-se passar o caldo quente (esterilizado) por um trocador de calor (regenerativo) em contracorrente com o caldo misto frio, onde o caldo misto é aquecido e o caldo para destilaria é resfriado (=60°C). · Resfriamento final até aproximadamente 30°C, normalmente realizado em trocadores de placas utilizando água em contracorrente, como fluido de resfriamento. Livre de impurezas (areia, bagacilhos etc.) e devidamente esterilizado, o caldo está pronto para ser encaminhado para fermentação. Pré-evaporação O mosto nada mais é que uma solução de açúcar cuja concentração foi ajustada de forma a facilitar a sua fermentação. Basicamente é constituído de uma mistura de méis e caldo, com uma concentração de sólidos de aproximadamente 19-22° Brix. Caso haja necessidade, usa-se água para o ajuste do Brix. Na pré-evaporação o caldo é aquecido a 115ºC, evapora água e é concentrado . Este aquecimento favorece a fermentação por fazer uma PAGE 53 "esterilização" das bactérias e leveduras selvagens que concorreriam com a levedura do processo de fermentação. Preparo do mosto Mosto é o material fermentescível previamente preparado. O mosto na Usina Ester é composto de caldo clarificado, melaço e água. O caldo quente que vem do pré-evaporador é resfriado a 30ºC em trocadores de calor tipo placas, e enviado às dornas de fermentação. No preparo do mosto define-se as condições gerais de trabalho para a condução da fermentação como, regulagem da vazão, teor de açúcares e temperatura. Densímetros, medidores de vazão e controlador de Brix automático monitoram este processo. Preparo do fermento O processo de fermentação mais comumente utilizado nas destilarias do Brasil é o de Melle - Boinot, cuja característica principal é a recuperação da levedura através da centrifugação do vinho. Esta levedura recuperada, antes de retornar ao processo fermentativo, recebe um tratamento severo, que consiste em diluição com água e adição de ácido sulfúrico até, normalmente, pH= 2,5, ou mais baixo (pH = 2) no caso de haver infecção bacteriana. Esta suspensão de fermento diluído e acidificado, conhecido na prática com o nome pé-de-cuba, permanece em agitação de uma hora a três horas, antes de retornar à dorna de fermentação. Tratamento do fermento A levedura após passar pelo processo de fermentação se "desgasta", por ficar exposta a teores alcoólicos elevados. Após a separação do fermento do vinho, o fermento a 60% é diluído a 25% com adição de água. Regula-se o pH em torno de 2,8 a 3,0 adicionando-se ácido sulfúrico que também tem efeito desfloculante e bacteriostático. O tratamento é contínuo e tem um tempo de retenção de aproximadamente uma hora. O fermento tratado volta ao primeiro estágio para começar um novo ciclo fermentativo; eventualmente é usado PAGE 53 bactericida para controle da população contaminante. Nenhum nutriente é usado em condições normais. Fermentação É nesta fase que os açúcares são transformados em álcool. As reações ocorrem em tanques denominados dornas de fermentação, onde se misturam o mosto e o pé-de-cuba na proporção de 2:1, respectivamente. Os açúcares (sacarose) são transformados em álcool, segundo a reação simplificada de Gay Lussac: C12H22O11 + H2O -> C6H12O6 + C6H12O6 C6H12O6 -> 2CH3CH2OH + 2CO2 + 23,5 A fermentação é contínua e agitada, consistindo de 4 estágios em série, composto de três dornas no primeiro estágio, duas dornas no segundo, uma dorna no terceiro e uma dorna no quarto estágio. Com exceção do primeiro, o restante tem agitador mecânico. As dornas tem capacidade volumétrica de 400.000 litros cada, todas fechadas com recuperação de álcool do gás carbônico. É na fermentação que ocorre a transformação dos açúcares em etanol ou seja, do açúcar em álcool. Utiliza-se uma levedura especial para fermentação alcoólica, a Saccharomyces uvarum. No processo de transformação dos açúcares em etanol há desprendimento de gás carbônico e calor, portanto, é necessário que as dornas sejam fechadas para recuperar o álcool arrastado pelo gás carbônico e o uso de trocadores de calor para manter a temperatura nas condições ideais para as leveduas. A fermentação é regulada para 28 a 3OºC. O mosto fermentado é chamado de vinho. Esse vinho contém cerca de 9,5% de álcool. O tempo de fermentação é de 6 a 8 horas. Durante a reação, ocorre intensa liberação de gás carbônico, a solução aquece-se e ocorre a formação de alguns produtos secundários como: álcoois superiores, glicerol, aldeídos, etc. PAGE 53 trocador-evaporador. A finalidade da coluna B é concentrar a flegma a uma graduação de aproximadamente 96ºGL e proceder a sua purificação com a retirada das impurezas que a acompanham, como álcoois homólogos superiores, aldeídos, ésteres, aminas, ácidos e bases. A flegma é alimentada nessa coluna, onde é concentrada e purificada, sendo retirada, sob a forma de álcool hidratado, duas bandejas abaixo do topo da coluna. Os voláteis retirados no topo da segunda coluna passam por uma seqüência de condensadores onde parte do calor é recuperado pelo vinho, uma fração do condensado é reciclada e outra retirada como álcool de 2ª. Do fundo da coluna B é retirada uma solução aquosa chamada flegmaça, que foi esgotada e que pode ser reciclada no processo ou eliminada. Os álcoois homólogos superiores, denominados óleos fúsel e alto, são retirados de bandejas próximas à entrada da flegma. O óleo alto retorna à dorna volante e o óleo fúsel é resfriado, lavado, decantado e armazenado para posterior comercialização. O aquecimento da coluna é realizado pela injeção de vapor, como na epuração. Desidratação O álcool hidratado, produto final dos processos de epuração (destilação) e retificação, é uma mistura binária álcool-água que atinge um teor da ordem de 96°GL. Isto ocorre devido à formação de uma mistura azeotrópica, fenômeno físico no qual os componentes não são separados pelo processo de destilação. Este álcool hidratado pode ser comercializado desta forma ou passar por um dos três processos de desidratação descritos a seguir. Destilação azeotrópica, utilizando Ciclohexano Este processo utiliza uma coluna de desidratação, sendo o ciclohexano alimentado no topo da coluna e o álcool a ser desidratado alimentado a um PAGE 53 terço abaixo do topo da coluna. Neste processo, o ciclohexano tem a característica de formar com o álcool e a água uma mistura ternária (azeótropo) com um ponto de ebulição de 63ºC. Este menor ponto de ebulição da mistura em relação ao do álcool (78ºC), faz com que a água seja retirada no topo da coluna. Por condensação, esta mistura azeotrópica irá se separar em duas fases, sendo a fase inferior, mais rica em água, enviada para uma outra coluna onde ocorre a recuperação do ciclohexano, que retorna ao processo de desidratação. O álcool anidro obtido, com um teor alcóolico em torno de 99,3% p/p, é retirado na parte inferior da coluna de desidratação, de onde é condensado e encaminhado para armazenamento. Destilação extrativa, utilizando Mono Etileno Glicol Similarmente ao processo anterior, utiliza-se uma coluna de desidratação, onde o mono etileno glicol (MEG) é alimentado no topo desta coluna e o álcool a ser desidratado também a um terço abaixo do topo da coluna. Inversamente ao processo do ciclohexano, o MEG absorve e arrasta a água para o fundo da coluna e os vapores de álcool anidro saem pelo topo da coluna, de onde o álcool é condensado e enviado para armazenamento nos tanques. A mistura contendo água, MEG e uma pequena quantidade de álcool, é enviada para uma coluna de recuperação do MEG, o qual retorna ao processo de desidratação. Como o MEG concentra as impurezas retiradas do álcool e se torna mais corrosivo, é necessária a sua purificação pela passagem através de uma coluna de resinas de troca iônica, que retém os sais e reduz a acidez. Desidratação por adsorção, utilizando Peneira Molecular O álcool a ser desidratado é inicialmente vaporizado e superaquecido antes de ser enviado para as colunas de desidratação, que contém em seu interior um material constituído basicamente por hidrosilicato de alumínio contendo micro- PAGE 53 poros, denominado zeolita, mais popularmente conhecido como peneira molecular. Esta rede de micro-poros absorve a água e deixa passar os vapores de álcool que são posteriormente condensados na forma de álcool anidro. Periodicamente é realizada a regeneração da zeolita pela passagem sob vácuo de vapores alcóolicos que são posteriormente destilados para recuperação do álcool neles contido Qualidade Todas as etapas do processo são monitoradas através de análises laboratoriais de modo a assegurar a qualidade final dos produtos. As pessoas envolvidas passam por treinamentos específicos capacitando-as a conduzir o processo de forma segura e responsável, garantindo a qualidade final de cada etapa que envolve a fabricação de açúcar e álcool. Armazenamento do álcool Os álcoois produzidos, hidratado e anidro, são quantificados através de medidores de vazão ou tanques calibrados e enviados para armazenagem em tanques de grande volume, situados em parques de tanques, onde aguardam sua comercialização e posterior remoção por caminhões. Mercado do álcool O segmento sucroalcooleiro tem participado ativamente da atividade agrícola brasileira. Na safra 2007/2008, o Brasil produziu, aproximadamente, 22,5 bilhões de litros de álcool, dos quais grande parte foi destinada ao mercado interno, que vem ganhando destaque no segmento agroindustrial brasileiro, devido à retomada do aumento do consumo doméstico em decorrência do preço competitivo do combustível em relação à gasolina. Há, ainda, um potencial de crescimento na exportação do álcool brasileiro, que, possivelmente, será utilizado para atender parte da demanda mundial por etanol. A produção de álcool está em fase de expansão, já que o PAGE 53