Plantas atuais e tecnologias para integração energética nas destilarias do Brasil

Os processos de destilação alcoólicas mais freqüentes nas usinas brasileiras possuim esquemas compostos por 5 colunas de destilação, as quais são chamadas de A, A1, D, B e B1. Sendo a coluna A utilizada para o esgotamento do vinho, A1 a coluna de epuração do vinho e D a coluna de concentração do álcool de segunda. O conjunto destas três colunas é chamado de coluna de esgotamento do vinho. O segundo conjunto chamado de coluna de retificação é onde se obtém o Álcool Hidratado e está composto pela coluna B, a qual é conhecida como coluna de enriquecimento e retificação, e a coluna B1 que é denominada de coluna de esgotamento.

Baseados nos dados apresentados por Camargo (1990) e Meirelles (2006) é possível descrever o sistema convencional de destilação, amplamente utilizado nas usinas Brasileiras (Figura 3.12)

Figura 3.12 Processo de destilação sem recirculação de vinhaças (adaptado de Meirelles,

2006)

Com o propósito de diminuir o consumo de vapor no processo de destilação inicialmente o vinho alimentado ao sistema é pré-aquecido no condensador E. Seu aquecimento é completado por meio da recuperação de parte do calor da vinhaça no trocador

de calor K, obtendo-se temperaturas na faixa dos 90 °C, para posteriormente alimentar o topo da coluna A1.

A coluna A1 tem como finalidade a remoção do vinho das substâncias de maior volatilidade e dos gases contaminantes, além de complementar o seu aquecimento. Geralmente está composta por 4 bandejas. O vinho fermentado é alimentado na parte superior desta coluna e a flegma gerada é retirada na parte inferior da mesma.

A coluna D concentra os produtos mais voláteis ou produtos de cabeça, extraídos da coluna A1, facilitando com isto a extração dos compostos secundários. Os vapores obtidos no topo da coluna são condensados no trocador de calor R e no condensador auxiliar R1, obtendo-se um fluxo de etanol que posteriormente é divido em um refluxo que volta ao topo da coluna e uma corrente de álcool de segunda. Esta coluna está composta geralmente por 6 bandejas.

A Coluna A, é a encarregada do esgotamento do vinho, portanto, deve garantir um bom esgotamento do mesmo e perdas muito baixas de etanol na corrente de fundo (vinhaça), a qual deve conter um teor máximo de 0,02% em massa de etanol. Para cumprir com seu propósito geralmente a coluna esta formada por 16 a 24 bandejas.

A flegma obtida no topo da coluna A, com teor alcoólico em massa aproximado de 40%, é enviada para a coluna B.

A coluna B tem como finalidade concentrar a flegma alcoólica gerada pela coluna A, e está composta por um número aproximado de 40 a 45 bandejas. Nela se produz o Álcool Hidratado, que é retirado numa bandeja localizada um pouco antes do topo. A extração de álcool líquido da coluna é resfriada no trocador de calor J. A maior parte do vapor produzido nesta coluna é condensado, e retorna à coluna enquanto uma pequena parte é retirada também como álcool de segunda. O álcool de segunda obtido é enviado a um tanque de armazenamento ou, alternativamente, realimentado ao topo da coluna D. Normalmente esta coluna inclui também retiradas de óleo fúsel em bandejas localizadas na parte inferior da mesma.

A corrente líquida que chega à base da coluna B contendo álcool é direcionada internamente para a coluna de esgotamento da flegma B1, já que as duas colunas estão localizadas uma acima da outra.

A coluna B1 tem como função exaurir o álcool contido na flegma que vem da coluna B, retirando desta os compostos mais voláteis. No fundo da mesma é obtida a flegmaça, a qual deve conter também um teor alcoólico máximo em massa de 0,02%.

O vapor demandado pelas colunas A e B1 pode ser fornecido por vapor vegetal, com pressão manométrica de 0,7 kgf/cm2, ou por vapor de escape do sistema de cogeração com pressão manométrica de 1,5 kgf/cm2, alimentados na base destas colunas.

No caso de uma usina que exporta energia elétrica, cada tonelada de vapor a menos demandanda na destilaria pode ser utilizada para aumentar a geração de energia elétrica nas turbinas de condensação. Desta forma, pode ser válida a implementação de colunas operando em cascata térmica, por exemplo, a destilação com ―split-feed‖, que se caracteriza por permitir a integração energética entre colunas de destilação pressurizadas e de destilação à vácuo, na produção de álcool etílico hidratado carburante - AEHC (Figura 3.13).

Figura 3.13 Processo de destilação ―Split-feed‖

Este processo se caracteriza por (Dedini, 2007):

 60% no processo pressurizado (consumo de vapor)  40% no processo a vácuo (sem consumo de vapor)  Uso de vapor de escape

 Não usa termo-compressor

O Split-feed, por implementar a integração energética dentro do processo de destilação, não é um sistema que possibilite a integração energética com concentração de vinhaças. Quando é necessária a concentração de vinhaças sem recirculação durante a fermentação, outro processo com muito potencial a ser utilizado, é a destilação com concentração de vinhaças termicamente integrada (Figura 3.14), a qual resulta em uma diminuição da demanda de água no processo e num aumento na concentração final da vinhaça de até 35%. Isto permite diminuir a proporção de vinhaça em relação ao álcool produzido na destilaria. Tendo em conta que a vinhaça in natura possui teor de sólidos muito baixos, mas que varia de 2 a 10% conforme a matéria-prima utilizada na fabricação de álcool. Nos processos em que só o caldo extraído da cana é utilizado na fabricação do álcool, o teor de sólidos da vinhaça é normalmente o mais baixo, o que resulta em volumes ainda maiores de vinhaça a ser descartada pela destilaria (Freire e Cortez, 2000).

Figura 3.14 Processo de destilação ―Split-feed‖

Concentrar a vinhaça significa retirar água desse efluente sem perda dos seus sólidos constituintes, com a conseqüente redução do seu volume. Na Tabela 3.5, estão apresentadas a redução percentual de volume de vinhaça em função do Brix (concentração) e a equivalente relação vinhaça por litro de álcool produzido.

Tabela 3.5 Redução percentual de volume em função da concentração, e a equivalente relação vinhaça por litro de álcool (Freire e Cortez, 2000).

Concentração (°Brix) Relação vinhaça/álcool Redução de volume (%)

3 13 0 5 7,8 40 10 3,9 70 15 2,6 80 20 1,95 85 25 1,56 88 30 1,30 90 35 1,11 91,46 40 0,97 52,53 45 0,87 93,30 50 0,78 94 55 0,71 94,53 60 0,65 95

Esse sistema utiliza um processo simples e barato de destilação (D1), associado a uma integração energética com um conjunto de evaporação de vinhaças, que não consomem vapor além do normalmente consumido pelo sistema D1. Este conjunto consegue concentrar cerca de 60% de toda a vinhaça gerada até 35-40% Brix.

Figura 3.15 Destilaria convencional com integração térmica à concentração de vinhaça