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Extração de Frações da Destilação Álcool hidratado • Seminário Agroindustrial STAB • Fenasucro-Agrocana 2012 • Seminário Agroindustrial STAB • Fenasucro-Agrocana.

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Apresentação em tema: "Extração de Frações da Destilação Álcool hidratado • Seminário Agroindustrial STAB • Fenasucro-Agrocana 2012 • Seminário Agroindustrial STAB • Fenasucro-Agrocana."— Transcrição da apresentação:

1 Extração de Frações da Destilação Álcool hidratado • Seminário Agroindustrial STAB • Fenasucro-Agrocana 2012 • Seminário Agroindustrial STAB • Fenasucro-Agrocana 2012 Sertãozinho – agosto de 2012 José Paulo Stupiello

2 Introdução Principais frações da destilação: Coluna A:  Vinhaça  Flegma  Álcool de segunda  Degasagem Colunas BB 1  Flegmaça  Óleos leves (fusel)  Óleos pesados (fusel)  Híbridos  Degasagem  Álcool retificado

3 Figura – Fluxograma básico de produção de álcool hidratado Fonte: The alcohol Textbook, 2004

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6 Vinhaça Vinhaça (Vinhoto):  Resíduo da destilação do vinho  Teor alcoólico→ 0,015 a 0,030 % Extração:  Sifão (selo)  Válvula Anormalidades:  pressão de vapor  coluna cheia  excesso de vinho  contra-pressões: coluna BB 1, válvula de passagem de A 1 para D  outras

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12 Flegma Flegma:  mistura hidoalcoolica resultante da destilação do vinho  teor alcoolico → 50 – 55°GL Extração:  Parte superior da coluna A (16 a 20 bandejas)  Temperatura da bandeja °C Principais anormalidades:  Passagem de vinho para BB1  Coluna A descarregada  Baixo grau do flegma  E outras

13 Álcool de Segunda condensador R 1  Álcool de segunda  produto de cabeça contendo vários componentes de baixo ponto de ebulição: ester, aldeidos e outros Extração:  condensadores R e R1  teor alcoolico → 88 a 92° GL Principais anormalidades:  temperatura dos condensadores  regulagem dos condensadores

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16 Degasagem Condensador R 1 e E 2 Degasagem:  Eliminação de substâncias incondensáveis  Eliminação de substâncias de baixo ponto de ebulição  Perda de etanol Extração:  Condensadores R 1 e E 2  Proporção 0 a 5 % Anormalidades:  Regulagens dos condensadores  Temperaturas de condensação  Concepção dos condensadores: incrustações

17 ComponentesEspec CondensadoresBandejas RR1R1 EE1E1 E2E2 HH1H1 B4B4 B6B6 B8B8 B 10 B 12 B 32 Água óleo Fúsel Acetaldeído Metanol Acetato de etila Acetona <0,10 Isopropanol < <0,10 N-propanol < ,30 Acetaldeído < <0,10 Isoamílico N.D < N-butanol N.D Isibutanol N.D <0.10N.D Eter etílico N.D < N.D<0.10N.D Ciclohexano<0,11.10N.D N.D Crotonaldeído<0,5N.D N.D N.D Dioxano<0,05 N.D Fonte: JW, 2008 Tabela - Dados operacionais (Unidade mg/L, crotonaldeido em mg/kg)

18 Componentes Amostras Refluxo R Refluxo R 1 Degasagem R 1 Álcool de Segunda R 1 Álcool D B 1 Refluxo E Refluxo E 1 Refluxo E 2 Degasagem E 2 Álcool de Segunda E 2 Acetaldeido Acetona ,2-180,5-100, Acetato de etila N-propanol ,1 0,4-80,2-0,30,2-0,4 Iso-butanol ,1 Iso-amílico ,2 N-amílico 0,2-50, N-butanol , ,3 Fonte: Stupiello, Nolasco e Daolio Tabela – Comportamento das impurezas nos condensadores (mg/100mL)

19 Fonte: Zarpelon, 2012

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21 Fonte: Zarpelon, 2005

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24 Flegmaça  Resíduo da destilação do flegma  Teor alcoólico→ 0,02 a 0,03 % Extração:  Sifão (selo)  Válvula Anormalidades:  Pressão de vapor  Deslocamento dos oleos (luneta da base branca)  Perdas mais elevadas (pressão na coluna B; carga da coluna B; retida de fusel)  outras

25 Óleo fusel Óleo fusel:  fração contendo impurezas separadas durante a retificação do flegma  componentes: óleos leves e óleos pesados Extração:  tronco de esgotamento do flegma (coluna B1)  tronco de concentração do flegma (coluna B) Principais anormalidades:  Grau alcoólico do óleo fusel alto.  Excesso ou falta de água no equipamento.  Baixa concentração de congenêres no óleo

26 Retiradas de óleo fusel (BB 1 )Retiradas de óleo fusel (“sangria”)

27 Álcool em volume Concentração das impurezas Figura Comportamento das impurezas (congêres) na coluna retificadora Produtos de cabeça Etanol % em volume Álcool amílico Óleos solúveis Isovalerianato de etila Fonte: Robinson & Gilliland, 1939

28 Fonte: The alcohol Textbook, 2004 Figura – Óleo fusel e cabeças removidos na coluna retificadora

29 Tabela – Valores de K de Sorel ou coeficiente de solubilidade em função da substância adicionada ao etanol Retificação Industrial (Sorel) Comportamento das impurezas Riqueza alcoólica  Teoria de Sorel (solubilidade no álcool concentrado e quente (K) i = K I i = peso da impureza volátil no vapor I= peso da impureza no liquido gerador K= coeficiente da impureza → K < 1 e K  1 Graus GL Álcool Isoamilico Acetato de etilo Isobutirato de etilo Isovalerianato de etilo Acetato de Isoamilo 10 29, ,0 303,0012,6 401,928,6 501,205,8 600,804,34,202,31,70 700,543,62,301,71,10 800,342,91,401,30,80 900,302,41,100,90,60 Ponto de Ebulição 132°C77,1°C110°C135°C137,6°C

30 Fonte: The alcohol Textbook, 2004 Congêneres

31 Outras impurezas: -Acetal -Acetona - Carbamato de etila -Crotonaldeido - Etanotiol - Metil etil cetona Fonte: The alcohol Textbook, 2004

32 Aldeído acético Aldeído acético :  CH 3 -CHO  Forma-se nas etapas intermediárias do ciclo biológico da produção do etanol.  Volátil, pe 21ºC  Odor pungente, ação narcótica.

33 Éster Éster (acetato de etila):  CH 3 -COO-CH 2 -CH 3  Forma-se pela combinação de ácido acético e álcool.  Pe = 77ºC.  Odor de frutas no álcool. É não tóxico em baixas concentrações, em que apresenta gosto agradável.

34 Diacetil Diacetil:  CH 3 -CO-CO-CH 3  Forma-se a partir de metil etil cetona.  Pe = 88ºC.  Líquido amarelo esverdeado, vapores com odor de cloro. Quando presente no álcool e em bebidas engarrafadas, deixa gosto ruim na bebida. Para identificar sua presença no álcool, mede-se o Barbet, e depois, em frasco transparente, deixa-se uma hora ao sol e mede-se novamente o Barbet. Se cair cerca de 10 minutos, é porque existe presença significativa de diacetil.

35 Acroleina Acroleina ou propenal:  composto do aldeído etlilênico obtido da glicerina  C 3 H 4 O CH2=CHCHO  formado através da atividade de bactérias a partir do glicerol  pe = 53°C  líquido incolor, ou amarelo de odor desagradável.

36 Metanol Metanol:  CH 3 OH  Forma-se devido à presença de compostos de pectinas.  Pe = 64,7ºC.  Perigoso quando ingerido, inalado ou absorvido pela pele. Provoca dores de cabeça, fadiga, náusea. Causa cegueira e mata quando ingerido em doses da ordem de 30 ml.

37 Alcoóis Superiores Alcoóis Superiores (ou alcoóis homólogos superiores):  N-Propanol (pe = 97,2ºC),  I-Butanol (pe = 117,5ºC),  I-Amílico (pe = 132ºC).  Formam-se da decomposição de células de leveduras (fonte de nitrogênio): 0,1 a 0,5 % do hL de álcool  Têm odores intensos, irritante aos olhos, membranas mucosas, causando depressão Composição

38 Tabela – Teores médios de composição de amostras de óleo fusel Fonte: Peres, 2001

39 Tabela – Composição de óleo fusel de baixo ponto de ebulição (pe < 132°C) Fonte: Patil, 2002

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41 Óleo fusel lavado Óleos Prova de óleo Esgoto Água Deposito Fig. Decantador lavador de óleo fusel

42 Acetal Acetal, ou dietilacetal:  CH3-CH=(O-CH 2 -CH 3 ) 2  Formado a partir de acetaldeído e álcool  Líquido volátil pe 102,7°C.  É substância tóxica, hipnótica.

43 Acetona Acetona:  CH 3 -CO-CH 3  Oriundo do isopropanol,  volátil, pe = 56,5ºC.  Por inalação produz dores de cabeça, fadiga, excitamento, irritação dos brônquios.

44 Carbamato de etila Carbamato de etila, ou Uretana:  NH 2 COOC 2 H 5  Forma-se na destilação de vinhos produzidos com ureia como nutriente. O uso de ureia para produção de álcool potável é proibido em países como EUA, Canadá, Porto Rico (o uso de sulfato de amônia é permitido)  estésico, carcinogênico.

45 Crotonaldeido Crotonaldeído:  Resulta da combinação de dois aldeídos acéticos.  pe = 104ºCCH 3 -CH=CH-CHO  vapor lacrimejante, extremamente irritante aos olhos, pele e membranas mucosas.

46 Etanotiol Etanotiol:  C 2 H 5 SH  Forma-se pela combinação entre o etanol e a presença de derivados de enxofre oriundos da decomposição da proteína das leveduras.  Pe = 35°C.  Líquido amarelo-esverdeado, muito volátil. Odor extremamente agressivo percebido mesmo em concentrações abaixo de 1 ppb

47 Metil etil cetona Metil etil cetona:  CH 3 -CO-CH 2 -CH 3  Forma-se por oxidação de i-butanol.  Pe = 79,6ºC.  Inflamável, odor de acetona, forma azeótropo com a água (73,4ºC).

48 Híbridos Produção da álcool neutro Híbridos:  fração contendo impurezas de comportamento muito semelhante ao etanol(iso-valerianato) Extração:  parte expandida do coluna B (60 bandejas) Principais anormalidades:  coluna descarregada  perda de produção  investigar local

49 Figura – Fluxograma básico de produção de álcool neutro Fonte: Stupiello, Balbo e Marino, 1972.

50 Álcool de segunda Condensador E 2 Álcool de segunda  produto de cabeça contendo pricpalmente vários componentes de baixo ponto de ebulição, etanol  teor alcoólico: 92,0 – 94,5ºGL Extração:  garrafa manométrica do condensador E 2 Principais anormalidades:  perda de produção 

51 Álcool Retificado Álcool retificado ou hidratadohidratado  mistura hirdoalcoolica resultante da purificação e concentração do flegma  teor alcoolico: 92,6 a 93,8 % (m/m 20°C ; 95,3 a 96,0 % v/v 20°C)  Especificações Extração:  parte superior da coluna B (bandejas 39-41) Principais anormalidades:  grau abaixo da especificação  vazamento em tubulações  condutividade acima do limite  pH fora das especificações  acidez elevada

52 CARACTERÍSTICAUNIDADELIMITEMÉTODO EACEHCNBRASTM ASPECTO Límpido e Isento de Impurezas (LII) Visual COR (2)(3)Visual ACIDEZ TOTAL, MÁX. (EM MILIGRAMAS DE ÁCIDO ACÉTICO)mg/L CONDUTIVIDADE ELÉTRICA, MÁX.µS/m MASSA ESPECÍFICA A 200° (4) (5) (6)kg/m³791,5 máx.807,6 a 811,05992 e 15639D4052 TEOR ALCOÓLICO (5) (6) (7) (8) % volume99,6 mín.95,1 a 96,05992 e % massa99,3 mín.92,5 a 93, POTENCIAL HIDROGENIÔNICO (pH) 6,0 a 8,0 D5501 TEOR DE ETANOL, MÍN. (9)% volume9894, e 15888E203 TEOR DE ÁGUA, MÁX (9) (10)% volume0,44,9cromatografia TEOR DE METANOL, MÁX. (11)% volume18644 RESÍDUO POR EVAPORAÇÃO, MÁX. (12) (13)mg/100mL5 D381 GOMA LAVADA (12) (13)mg/100mL TEOR DE HIDROCARBONETOS, MÁX. (12)% volume310894D7328 TEOR DE CLORETO, MÁX. (12) (14)mg/kg1 D7319 TEOR DE SULFATO, MÁX. (14) (15) mg/kg D7328 D7319 TEOR DE FERRO, MÁX. (14) (15)mg/kg TEOR DE SÓDIO, MÁX. (14) (15)mg/kg TEOR DE COBRE, MÁX. (15) (16)mg/kg0, Fonte: ANP, 2011 Tabela - Especificações do etanol anidro (EAC) e hidratado combustíveis (EHC)

53 Fonte: Copersucar, 2012

54 Tabela – Especificação Técnica do Álcool Hidratado – Padrão Korea

55 PropriedadeMétodoUnidadeEspecificação Teor alcoólico° INPM93,20 mínimo EtanolVolume %95,50 mínimo Aldeídosmg/100mL5,0 máximo Metanolmg/100mL5,0 máximo Isopropanolmg/100mL1,0 máximo Alcoóis superiores( N-propanol, Iso-butanol, N-butanol, Iso amilico, Isso-propanol) mg100mL10 máximo Ésteresmg/100mL8 máximo Acetalmg/100mL10 máximo Crotonaldeidoppmnegativo Acides ácido acético mg/mL30 máximo Benzenomg/100mLnegativo Ciclohexanomg/mLnegativo Resíduo fixomg/100mL1,50 máximo Alcalinidademg/100mLnegativo Dioxano CondutividadeµS/m pH Íon sulfatomg/kg Íon cloreto Cobremg/kg HidrocarbonetoVolume %negativo Cor ALPHA5 máximo Xilenonegativo Toluenonegativo Teste permanganatominutos10 mínimos Aspecto claro e sem material em suspensão Tabela - Especificações do Álcool Hidratado – Padrão Japão

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57 Considerações Finais  nenhuma fração é extraída sem a perda de etanol, em maior ou menor proporção;  condições operacionais muito acima da nominal aumentam as perdas, por restrição dos equipamentos;  álcool retificado proveniente de sorgo necessita de uma regulagem diferente do aparelho mesmo que seja apenas carburante;  condições operacionais acima da nominal comprometem a qualidade do produto final;  o treinamento facilita o conhecimento do comportamento das impurezas;  deixam de ser comentada automatização devido a sua dependência do operacional

58 Fonte: Stupiello, 2011 Àlcool de sorgoÀlcool de cana

59 Data:03/ Espc. CROMATOGRAFIA unidadehh:mm - turno Aturno C turno BturnoCturnoturno B tanque estoque / medição 28/mar 05/abr06/abr 07/abr28/mar Acetaldeídomg/100mlmáx.10 19,16,26,4 4,46,512,8 Metanolmg/100ml máx.8 10,213,515,617,823,618,714,3 Acetonamg/100ml 8,676,46,56,37,39,3 Iso-propanol mg/100ml máx.2 1,31,81,7 1,221,4 N-propanol mg/100ml 5,30,522,18,46,21521,7 Diacetilmg/100ml ******* Acetato de etila (Éster)mg/100ml máx.15 15,17,47,95,96,67,514,8 2 Butanolmg/100ml ******* Ciclohexanomg/100ml 0 ******* Iso-butanol mg/100ml ******* Benzenoppm 0 ******* Crotonaldeídoppm 0 ******* N-butanol mg/100ml ******3,3* 1,4 Dioxanoppm 0 ******* Acetalmg/100ml 6,45,90,10,94,31,78 Iso-amílico mg/100ml 0,1 0,2 17,6 N-amílicomg/100ml 1 0,90,50,90,710,1 Furfuralmg/100ml 0,3 5,10,23,21,41,3 Metil-etileno glicol (M.E.G.)mg/100ml 0 Alcoois Superioresmg/100ml máx.45 Fonte: Açúcar Guarani, 2011

60 OBRIGADO


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