Desidratação

O AEHC obtido pelo processo de destilação convencional é conduzido à etapa de desidratação para obter o AEAC com um teor alcoólico não menor que 99,3% em massa. Métodos alternativos de separação são utilizados para produzir o etanol anidro. Os principais métodos de desidratação utilizados atualmente na indústria sucroalcooleira brasileira são: destilação azeotrópica, destilação extrativa utilizando solventes orgânicos e adsorção em peneiras moleculares (DIAS, 2008; TRICA, 2015). A seguir descrevem-se esses e outros processos com potencial para a desidratação do etanol.

Destilação azeotrópica

A destilação azeotrópica (ou destilação azeotrópica heterogênea) consiste na adição de um terceiro componente (chamado componente de arraste) com a nalidade de formar um novo azeótropo com um dos componentes presentes inicialmente na mistura. O novo azeótropo formado deve ser heterogêneo, para provocar a formação de duas fases líquidas. Dessa forma, a mistura do novo azeótropo é obtida no topo (se é azeótropo de mínimo ponto de ebulição) ou no fundo (se é azeótropo de máximo ponto de ebulição) da coluna, enquanto um dos componentes da mistura original é obtido puro no outro extremo da coluna. Para a recuperação do componente de arraste utiliza-se uma segunda coluna de destilação (DIAS, 2008).

Por muitos anos foi utilizado o benzeno como componente de arraste na separação do sistema etanol-água, pois forma um azeótropo de mínimo ponto de ebulição. Devido a que o benzeno é uma substância potencialmente cancerígena, seu uso foi proibido em 1997, provocando a sua substituição por outros compostos ou a utilização de outros métodos de desidratação. A maior parte das usinas que antes utilizavam o benzeno como componente de arraste agora utilizam o cicloexano; pois permite a utilização da infraestrutura existente. Apesar do alto consumo especíco de vapor (de 1,5 a 1,6 kg de vapor / L de álcool) esse processo continua sendo o mais utilizado. Outras desvantagens são que apresenta perdas consideráveis de cicloexano como contaminante no álcool anidro e pequenas perdas de etanol na corrente de água da coluna de recuperação do solvente (DIAS, 2008).

Destilação extrativa

A destilação extrativa (ou destilação azeotrópica homogênea) é o processo de separação por destilação em presença de um extrator miscível que tem a capacidade de alterar a volatilidade relativa dos componentes da mistura original a ser separada e, consequentemente, o equilíbrio líquido-vapor dos componentes originais. A adição da nova substância modica o grau de separação atingível mediante a destilação. Ao contrário do processo de destilação azeotrópica heterogênea, nesse processo não deve haver separação da mistura em duas fases líquidas (DIAS, 2008). O extrator utilizado para a destilação extrativa tem que ter baixa volatilidade, alto ponto de ebulição, ser completamente miscível com a mistura original e não formar novos azeótropos (GARCÍA-HERREROS et al., 2011).

Destilação extrativa com agentes de separação líquidos: Quando se utilizam extratores líquidos, o processo geralmente envolve duas colunas de destilação: a primeira onde ocorre a extração e a segunda para a recuperação/regeneração do extrator. Dentre os extratores utilizados para a separação do sistema etanol-água, destacam-se a glicerina e o mono-etileno-glicol (MEG). O uso de glicerol como solvente é de grande atratividade no contexto brasileiro, uma vez que é renovável e coproduto da produção de biodiesel, além de apresentar menor preço que o etileno-glicol. A mistura a ser separada e o extrator são alimentados na primeira coluna. O extrator é alimentado no topo da coluna, e como tem o maior ponto de ebulição arrasta para o fundo da coluna um dos componentes da mistura (nesse caso a água). No topo dessa coluna obtém-se como destilado o AEAC. A corrente líquida que sai do refervedor da coluna de extração (majoritariamente extrator e água) é alimentada na segunda coluna (de regeneração) para recuperar o líquido extrator, que pode ser utilizado na coluna de extração novamente. A coluna de extração opera a pressão atmosférica, ao passo que, a coluna de regeneração opera no vácuo (0,2 atm), com o objetivo de evitar a decomposição térmica do líquido extrator. Essa coluna produz como corrente de fundo o extrator regenerado, que é misturado com líquido extrator de reposição e reciclado para a coluna de extração (DIAS et al., 2011a; GARCÍA-HERREROS et al., 2011). Um esquema simplicado do processo de destilação extrativa com agente de separação líquido é mostrado na Figura 2.6.

Destilação extrativa salina: Nos últimos anos, têm sido realizadas pesquisas para substituir os solventes orgânicos por eletrólitos, os quais também conseguem desfazer a mistura azeotrópica etanol-água (RAMÍREZ-CORONA et al., 2015). As principais vantagens no uso de sais inorgânicos são:

\ Menor demanda de carga térmica no refervedor das torres de destilação

Purga Solvente Álcool hidratado Coluna de extração Coluna de recuperação Água Etanol anidro

Figura 2.6: Esquema simplicado do processo de destilação extrativa com agente de separação líquido para a produção de AEAC.

\ Facilidade de obtenção, manuseio e adição ao processo;

\ Não ser volátil, evitando contaminações do etanol anidro obtido no topo da

coluna;

\ Não ser tóxico, causando menos impactos para atendimento aos requisitos de

segurança, meio ambiente e saúde.

A aplicação dessa tecnologia em plantas já existentes tem a desvantagem que precisa da instalação de equipamento para recuperar a sal por evaporação em spray dryers. Porém, essa desvantagem não existe para novas plantas e o uso de sais inorgânicos mostra-se como promissora para unidades de destilação de novas biorrenarias. Outra desvantagem é a necessidade de materiais especiais dos equipamentos, para protegê-los da corrosão na presença de eletrólitos, sendo outro fator que diculta a substituição dos solventes orgânicos nas plantas já existentes (TRICA, 2015).

Adsorção com peneiras moleculares

Consiste na utilização de um leito de zeólitas para adsorver a água presente no etanol hidratado, conseguindo produzir etanol anidro. Para esse processo é conveniente obter o álcool hidratado como vapor diretamente, utilizando condensador parcial no topo da coluna B na Figura 2.5. No caso contrário, o álcool hidratado deve ser vaporizado, utilizando-se vapor de média pressão (aproximadamente 6 bar), sendo posteriormente alimentado às peneiras moleculares. Geralmente são utilizados 3 leitos, estando um deles sempre em regeneração, que consiste na retirada da água acumulada. A regeneração do leito se dá por meio da aplicação de vácuo no leito utilizando-se uma bomba de vácuo. Os vapores de água obtidos são uma solução hidro-alcoólica que é encaminhada à unidade de destilação convencional para sua recuperação (DIAS, 2008). As vantagens deste processo são:

\ Produção de álcool anidro de alta qualidade, sem contaminação por solventes; \ Ausência da necessidade de manipulação de solventes por parte dos operadores

do equipamento, o que diminui os riscos de contaminação;

\ Reciclo da corrente hidro-alcoólica, o que permite que não haja perdas de

etanol no processo de desidratação;

\ Menor consumo energético.