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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA

PROJETO, CONSTRUO E PR-OPERAO DE UMDESTILADOR DE TECNOLOGIA HBRIDA PARA

APLICAO EM UMA MICRODESTILARIA

TESE DE DOUTORADO

FLVIO DIAS MAYER

Porto Alegre, RS

2014

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PROJETO, CONSTRUO E PR-OPERAO DE UMDESTILADOR DE TECNOLOGIA HBRIDA PARA

APLICAO EM UMA MICRODESTILARIA

FLVIO DIAS MAYER

Tese de Doutorado apresentada comorequisito parcial para obteno do ttulode Doutor em Engenharia.

rea de concentrao: Fenmenos deTransporte e Operaes Unitrias.

Orientadores:

Prof Liliana Amaral Fris, D.Sc.

Prof Nilson Romeu Marcilio, D.Sc.

Coorientador:

Prof Ronaldo Hoffmann, D.Sc.

Porto Alegre, RS

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A Comisso Examinadora, abaixo assinada, aprova a Tese Projeto, construo epr-operao de um destilador de tecnologia hbrida para aplicao em uma

microdestilaria, elaborada por Flvio Dias Mayer como requisito parcial para aobteno do grau de Doutor em Engenharia.

Comisso Examinadora:

____________________________________

Prof. Dr. Pedro Juarez MeloUFRGS

_____________________________________Prof. Dr. Daniel Assumpo BertuolUFSM

_____________________________________

Prof. Dr. Gabriela Silveira da RosaUNIPAMPA

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Agradecimentos

Gostaria de agradecer s pessoas e instituies que contriburam para a

realizao desse trabalho.

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, pela infraestrutura e suporte

ao meu doutoramento.

Universidade Federal de Santa Maria, pela disponibilizao da

infraestrutura necessria realizao dessa pesquisa.

Ao Ministrio de Cincia, Tecnologia e Inovao, pelo financiamento da

pesquisa.

Aos Professores Liliana Amaral Feris, Nilson Romeu Marcilio e Ronaldo

Hoffmann, pela orientao e amizade.

Coordenadoria de Aperfeioamento de Pessoal Tcnico de Nvel Superior,

pelo suporte financeiro.

empresa Limana Poliservios, pela cooperao tcnica.

Professora Paula Bettio Staudt, pelo suporte com a simulao do processo.

Aos Professores Nina Paula Salau e Claiton Moro Franchi e aos Acadmicos

Henrique Magnago e Andr Jaques Ramos, pelo auxlio na instalao do sistema de

controle operacional do equipamento.

Ao Engenheiro Qumico Eduardo Birnfeld, pelo auxlio nas anlises

cromatogrficas.

Vanessa Baldo, Joo Pedro e Henrique pelo valoroso auxlio do

desenvolvimento experimental desse trabalho.

empresa VR Tech Tecnologias Industriais, pela disponibilizao do

software iiSE, utilizado nas simulaes.

Aos amigos Roger, Manuela, Odivan, Michel, Paulo, Nicholas, Thiago e

Daniel, com que compartilhei inmeros momentos de alegria nessa caminhada.

Agradeo, sobretudo, aos meus pais, Frederico e Sandra, e minha irm,Slvia, pelo apoio incondicional, pacincia e confiana, a quem dedico esse trabalho.

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Resumo

Este trabalho teve por objetivo avaliar a destilao de misturas

hidroalcolicas em um destilador piloto, constitudo em formato hbrido, possuindo

pratos e recheio nas sees de esgotamento e retificao, respectivamente. O

estudo se aplica ao caso da produo de etanol em pequena escala em

microdestilarias, que carecem de rendimentos maiores na etapa de destilao. As

etapas desenvolvidas nessa pesquisa compreenderam o levantamento de

informaes tcnicas de microdestilarias, a simulao do processo de destilao, o

estudo da influncia dos componentes do leo fsel na separao etanol-gua, o

projeto, construo e pr-operao de um destilador piloto, alm do estudo de

viabilidade econmica preliminar da tecnologia proposta. As simulaes foram

realizadas no software iiSE (VRTech) e envolveram trs casos distintos quanto

composio da alimentao e quanto aos equipamentos. Na anlise experimental da

influncia do leo fsel, misturas de etanol (6,0 a 6,5 % em massa) e gua (93,0 a

94 % em massa) contendo diferentes concentraes (zero a 0,5 % em massa) de 3-

metil-1-butanol, 2-metilpropan-1-ol, propan-1-ol e propan-2-ol foram destilados em

um destilador de bancada. O dimensionamento considerou diferentes correlaes

empricas aplicadas para as sees de esgotamento e de retificao. A anlise de

viabilidade econmica considerou o cenrio atual da produo de etanol em

pequena escala e tambm avaliou a competitividade do etanol hidratado combustvel

(EHC) produzido frente a variaes no preo da matria-prima e tambm na

tecnologia de destilao. As simulaes realizadas demonstraram que aconcentrao mxima de EHC obtida em uma nica coluna de destilao, na

presena de alcois superiores na alimentao, foi 91,5 % em massa, necessitando

de uma elevada razo de refluxo (6,0). Assim, a obteno de EHC com

concentrao acima de 92,5 % em massa, em conformidade com a legislao, s foi

possvel utilizando-se duas colunas de destilao. Os resultados em refluxo total

demonstraram a possibilidade de obteno de EHC acima de 92,5 % em massa. A

concentrao desejada no foi obtida durante a operao contnua, mesmo naausncia dos alcois superiores. Todos os experimentos resultaram em elevada

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perda de etanol no produto de fundo, decorrente de condies operacionais

diferenciadas. Os resultados demonstram que h interferncia dos componentes do

leo fsel na destilao, porm no comprometendo a separao etanol-gua. A

anlise de viabilidade econmica mostrou a competitividade do EHC produzido em

pequena escala e tambm que a nova tecnologia proposta favorece a reduo do

custo final do EHC. Foi realizada a prova de conceito do destilador piloto, buscando-

se a obteno de dados operacionais de acordo com os parmetros de qualidade

previamente definidos. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se oito

pratos e recheio do tipo IMTP, nas sees de esgotamento e retificao,

respectivamente. Os resultados comprovaram a eficcia e a viabilidade tcnica do

sistema de destilao proposto, alm de seu potencial de utilizao na produo deetanol em pequena escala.

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Abstract

This study aimed to evaluate distillation of ethanol-water mixtures in a pilot

distiller set up on hybrid format, with trays and packing in striping and rectification

sections, respectively. The study applies to the case of ethanol production on small

scale, which demands higher yields on distillation operation. Steps developed in this

study comprised a survey of technical information for small-scale ethanol production,

the simulation of the distillation process, the study on influence of fusel oil

components in ethanol-water separation, evaluation of correlations applied to design

of distillation columns and design, construction, and pre-operation tests of a pilot

distiller. Simulations were performed in iiSE software (VRTech) and involved three

cases differentiated in relation to the composition of feed and equipment

configuration. In experimental analysis of fusel oil influence, ethanol (from 6.0 to 6.5

%w/w) and water (93.0 to 94 %w/w) containing different concentrations (zero to 0.5

%w/w) 3-methyl-1-butanol, 2- methylpropan-1-ol, propan-1-ol and propan-2-ol were

distilled in a bench distiller. Design considered different empirical correlations applied

to striping and rectification sections. Economic feasibility analysis considered the

current scenario of small scale ethanol production and evaluated the competitiveness

of hydrous ethanol fuel (HEF) considering fluctuations in the feedstock price and two

distillation technologies. Simulations showed that HEF maximum concentration

obtained in a single distillation column in the presence of higher alcohols in the feed

was 91.5 %w/w, requiring a high reflux ratio (6.0). Therefore, obtaining HEF

concentration up to 92.5 %w/w in accordance with legislation, was possible onlyusing two distillation columns. Experimental results for total reflux demonstrated the

possibility of obtaining HEF above 92.5% by mass. The desired concentration was

not achieved during continuous operation, even in the absence of higher alcohols. All

experiments resulted in high loss of ethanol in the bottom product, due to different

operating conditions. Results demonstrate that there is no interference of fusel oil

components to the point of preventing ethanol-water separation in accordance with

legislation. Economic feasibility analysis showed the competitiveness of HEFproduced on small scale and also that the new proposed technology reduced the

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final cost of the HEF. A proof of concept was performed to obtain operational data

according to quality standards defined previously. Best results were obtained by

using eight trays and IMTP packing in stripping and rectification sections,

respectively. Results confirmed effectiveness and technical viability of the system

proposed, in addition of its potential of being used in ethanol production on small

scale.

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PRODUO CIENTFICA ASSOCIADA AO

TRABALHO

Artigos publicados

MAYER, F. D., FERIS, L. A., MARCILIO, N. R., BALDO, V., HOFFMANN. R. Review

of Hydraulics Correlations for Sieve Trays without Downcomers. Industrial & Engineering

Chemistry Research, v. 53, n. 20, p. 83238331, 21 maio 2014.

MAYER, F. D., BALDO, V., FERIS, L. A., MARCILIO, N. R., HOFFMANN, R.

Produo de etanol hidratado (EHC) em microdestilarias: anlise de custos e viabilidade

econmica. In: XV Congresso Brasileiro de Energia, 2013, RIo de Janeiro. Segurana

Energtica e Desenvolvimento Econmico, 2013. v. III. p. 1337-1351.

MAYER, F. D., BALDO, V., FERIS, L. A., MARCILIO, N. R., HOFFMANN, R. Fator

energtico como ferramenta para avaliao do desempenho de colunas de destilao de

pequena escala. In: Simpsio Estadual de Agroenergia, 2012, Porto Alegre. Anais do

Simpsio Estadual de Agroenergia, 2012.

Artigos aceitos para publicao

MAYER, F. D., FERIS, L. A., MARCILIO, N. R., BALDO, V., STAUDT, P. B.,

HOFFMANN. R. Influence of fusel oil components in the distillation of hydrous ethanol fuel

(hef) in a bench column. Brazilian Journal of Chemical Engineering.

MAYER, F. D., FERIS, L. A., MARCILIO, N. R., BALDO, V., HOFFMANN. R. Fusel oil

influence in ethanol distillation. In: XX Congresso Brasileiro de Engenharia Qumica,

2014, Florianpolis.

Artigos submetidos

MAYER, F. D., FERIS, L. A., MARCILIO, N. R., HOFFMANN. R. Why small-scale fuel

ethanol production in Brazil does not take off? Renewable and Sustainable Energy

Reviews.

MAYER, F. D., FERIS, L. A., MARCILIO, N. R., HOFFMANN. R. Small-scaleproduction of hydrous ethanol fuel: Analysis of costs and economic feasibility. Biomass &Bioenergy.

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Lista de Figuras

Figura 1 - Consumo de etanol (anidro + hidratado) e gasolina pura no Brasil (em 103m3)... 37

Figura 2 - Produo de acar e etanol hidratado e preos de exportao no Brasil, entre2002 e 2011........................................................................................................................................ 38

Figura 3Fluxograma da produo de EHC em pequena escala a partir de cana-de-acarou sorgo sacarino............................................................................................................................... 45

Figura 4Processo dos sistemas de destilao.......................................................................... 46

Figura 5Destilador do tipo batelada............................................................................................ 47

Figura 6Sistema de destilao contnuo.................................................................................... 49

Figura 7Destilador de bancada em uma nica coluna............................................................. 67

Figura 8Destilador contnuo para fracionamento de misturas hidroalcolicas..................... 73

Figura 9Correlao de Fair para estimativa do ponto de inundao em pratos perfurados................................................................................................................................................................ 77

Figura 10 - Correlao de Garcia e Fair para estimativa do ponto de inundao em pratos

perfurados sem downcomer(espaamento de 610 mm e dimetro de furo de 12,7 mm)..... 78

Figura 11Carta de interpolao CGQP modificada para a queda de presso. .................... 80

Figura 12Fluxograma do processo de destilao em uma coluna simulado no softwareiiSE........................................................................................................................................................ 87

Figura 13Fluxograma do processo de destilao em duas colunas com retirada lateral deleo fsel, simulado no software iiSE............................................................................................. 90

Figura 14Comportamento da concentrao do produto destilado durante a operao em

regime contnuo para as seis solues........................................................................................... 96

Figura 15Comportamento da concentrao do produto de fundo durante a operao emregime contnuo para as seis solues........................................................................................... 97

Figura 16Fluxograma operacional do destilador piloto.......................................................... 106

Figura 17Planta do fluxograma do sistema piloto de destilao.......................................... 109

Figura 18Detalhe das sees de esgotamento e retificao do destilador piloto............. 110

Figura 19Projeto do prato perfurado sem downcomer.......................................................... 111

Figura 20Destilador piloto instalado no Laboratrio do PPGEPro (TDtorre de destilao;C1, C2 e C3condensadores; TCtrocador de calor)............................................................ 113

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Figura 21Estrutura de custos de produo de etanol em microdestilaria em funo docusto da matria-prima, para o destilador modelo tradicional.................................................. 119

Figura 22Estrutura de custos de produo de etanol em microdestilaria em funo do

custo da matria-prima, para o destilador modelo hbrido........................................................ 120

Figura 23Imagem da interface do sistema supervisrio........................................................ 123

Figura 24Perfil de temperatura ao longo do destilador piloto. .............................................. 131

Figura 25 - Altura de espuma () medida na inundao em funo da capacidade () paratrs fraes reas perfuradas (19, 25 e 30%), dimetro da coluna de 25,4 mm e dimetro defuro de 6,35 mm, para o sistema heptano-metilcicloexano a 760mmHg)............................... 178

Figura 26Queda de presso em leito recheado...................................................................... 187

Figura 27Carta de interpolao CGQP para a queda de presso para anis Pall 1(plstico)............................................................................................................................................ 188

Figura 28Eficincia caracterstica tpica de recheios randmicos....................................... 189

Figura 29Correlao para predio da inundao e MCO para anis Pall 1................... 190

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Lista de Tabelas

Tabela 1Produo, consumo e preo ao consumidor do etanol para o Brasil e Rio Grandedo Sul................................................................................................................................................... 40

Tabela 2Composio do preo do EHC..................................................................................... 42

Tabela 3Escalas das destilarias de produo de etanol......................................................... 43

Tabela 4Rendimentos (%) e produtividade industrial (Lt-1de cana-de-acar) demicrodestilarias instaladas no Rio Grande do Sul......................................................................... 51

Tabela 5Produtividade industrial de microdestilarias............................................................... 52

Tabela 6Dados operacionais de sistemas de destilao em pequena escala contnuos ebatelada (continua)............................................................................................................................ 55

Tabela 7Variao do consumo de energia na destilao com base na alimentao com8,0% em volume de etanol e produto de topo com 95 % em volume de etanol. ..................... 57

Tabela 8Composio de amostras de leo fsel (% em massa) provenientes dafermentao de caldo de cana-de-acar...................................................................................... 60

Tabela 9Composio do mosto fermentado de cana-de-acar........................................... 61

Tabela 10Propriedades fsico-qumicas dos principais componentes do leo fsel........... 64

Tabela 11Parmetros da corrente de alimentao.................................................................. 69

Tabela 12Composio da alimentao utilizada nas simulaes.......................................... 70

Tabela 13Especificaes operacionais da destilao.............................................................. 71

Tabela 14Concentrao de lcool superior para cada teste (93,5 % em massa de gua e6,0 % em massa de etanol).............................................................................................................. 74

Tabela 15Consideraes tcnicas operacionais....................................................................... 82

Tabela 16Resultados da Etapa 1 (Casos 1, 2 e 3) da simulao no software iiSE............ 88

Tabela 17Resultado da Etapa 2 da simulao no software iiSE............................................ 91

Tabela 18Caractersticas das retiradas laterais de leo fsel na coluna B para Etapa 2. . 92

Tabela 19Composio das amostras de destilado obtidas em refluxo total........................ 94

Tabela 20Concentrao mdia (% em massa) para seis testes em operao contnua

(produtos de topo e fundo)................................................................................................................ 95

Tabela 21Estimativa das vazes e concentraes para as correntes do destilador piloto99

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Tabela 22Variveis operacionais do destilador piloto............................................................ 100

Tabela 23Dados operacionais calculados para o destilador piloto...................................... 101

Tabela 24Resultados do dimensionamento da seo de esgotamento............................. 102

Tabela 25Caractersticas do recheio utilizado no dimensionamento do destilador piloto103

Tabela 26Resultados do dimensionamento da seo de retificao.................................. 104

Tabela 27Clculo da altura da seo de retificao.............................................................. 105

Tabela 28Principais caractersticas construtivas do destilador piloto................................. 107

Tabela 29Caractersticas dos pratos perfurados sem downcomer...................................... 108

Tabela 30Preos (USDt-1

) e custos (USDL-1

) mnimo, mdio e mximo.......................... 114

Tabela 31Investimentos em uma microdestilaria para os dois modelos de destilador..... 115

Tabela 32Custos operacionais (COeM) e receitas dos coprodutos (CCo) considerando opreo mdio da matria-prima....................................................................................................... 117

Tabela 33Indicadores de viabilidade econmica para os cenrios considerados............. 122

Tabela 34Recheios randmicos testados na seo de retificao...................................... 125

Tabela 35Dados de operao do destilador piloto, para os sistemas A e B...................... 126

Tabela 36Consumo energtico na destilao, para os sistemas A e B.............................. 128

Tabela 37 - Especificaes do EAC e do EHC........................................................................... 155

Tabela 38Principais coprodutos do processamento da cana-de-acar e sorgo sacarino etcnicas para agregao de valor (continua)............................................................................... 165

Tabela 39 - Relaes estequiomtricas da formao de etanol............................................... 168

Tabela 40 - Rendimentos das etapas do processo de produo de EHC a partir da cana-de-

acar................................................................................................................................................. 170

Tabela 41Faixas de dimenso do prato dual flowe propriedades fsicas.......................... 180

Tabela 42Lista de dispositivos que compe o sistema de destilao. ................................ 191

Tabela 43Descrio e valor (em USD) dos equipamentos e servios de instalao de mamicrodestilaria com capacidade de 30 Lhora-1de EHC............................................................ 193

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Lista de abreviaturas e siglas

ANPAgncia Nacional do Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis;

ARTAcares redutores totais;

ATRAcar total recupervel;

B1, B2 e B3Bombas para movimentao de lquidos;

Brix Escala numrica de ndice de refrao, utilizada indiretamente para a

determinao da concentrao de slidos em soluo. Expressa a massa de

slido em 100g de soluo;

C1, C2 e C3Condensadores;

CGQPCorrelao generalizada para a queda de presso;

COFINSContribuio para o financiamento da seguridade social;

EHCEtanol hidratado combustvel;

FRIFractionation Research, Inc.;

GL, grau Medida de concentrao que expressa a quantidade em mililitros de

lcool absoluto contida em 100 mL de mistura hidroalcolica;

HCCI Homogeneous charge compression ignition, variante de motor de CicloDiesel;

HETPAltura equivalente ao prato terico;

ICMSImposto sobre circulao de mercadorias e servios;

INPM, grau Medida de concentrao de etanol, que expressa a concentrao

mssica de etanol, mensurada a 20C;

MOCMxima capacidade operacional;

PASEPPrograma de Formao de Patrimnio do Servidor Pblico;PCIPoder calorfico inferior;

PGRPreo de gasolina de referncia;

PISPrograma de Integrao Social;

PROALCOOLPrograma Nacional do lcool

T1Tanque de alimentao;

T2Tanque para armazenamento de destilado;

TCTrocador de calor;TDTorre de destilao;

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TIRTaxa interna de retorno;

TMATaxa mnima de atratividade;

TRTorre de resfriamento;

VPLValor presente lquido;

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Lista de smbolos

vazo de alimentao [kg.h-1];rea de borbulhamento da seo transversal da torre [m2];rea da seo transversal da coluna [m2];rea do furo [m2];

rea interfacial efetiva por unidade de volume de lquido [m2.m-3];

%concentrao de acares redutores totais presentes na cana-de-acar [ - ];

vazo de produto de fundo [kg.h-1];coeficientes da equao (23) [ - ];coeficientes da equao (38) [ - ];

coeficiente das equaes (53) e (54) [ - ];

, , Fator de Souders e Brown;coeficientes da equao (53) [ - ];coeficientes da equao (54) [ - ];vazo volumtrica de vapor [m3s-1];dimetro do furo [m];

dimetro da seo transversal da torre [m];vazo de produto de topo [kg.h-1];coeficiente de difuso molecular [m2s-1];Eficincia medida em baixo carregamento [ - ];Eficincia de ponto [ - ];ponto de mxima (pico) eficincia [ - ];Eficincia corrigida para o arraste de lquido no vapor [ - ];

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Fator de capacidade, que a medida da energia cintica do vapor (= )[Pa-0,5];

Fator de capacidade baseado na velocidade do furo, utilizado para correlacionar

o ponto de carga (= /) [Pa-0,5];Parmetro de vazo [ - ];Nmero de Froude ( = /) [ - ];Nmero de Froud crtico [ - ];Nmero de Froud modificado [ - ];

Frao de recuperao de etanol [ - ];

Fator de segurana de inundao [ - ];acelerao da gravidade [ms-2];taxa de gs ou vapor [kg.h-1m-2];nmero de Galilei ( = /) [ - ];reteno de lquido (holdup) [cm];

altura da espuma [cm];altura da torre ou seo da torre [m];ndice de eficincia da destilao [ - ];coeficiente de transferncia de massa [kmolm-2s-1];coeficiente de transferncia de massa [ms-1];

coeficiente de prato seco proposto por McAllister et al. (1958) [ - ];

massa molar [kgkmol-1];nmero de estgios de separao tericos [ - ];nmero de unidades de transferncia de massa [ - ];presso na distncia = 0em relao ao prato [Pa];presso abaixo do prato [Pa];

Produtividade industrial [Lt-1de cana-de-acar];

presso na distncia = em relao ao prato [Pa];

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queda de presso seca (= /1 /2) [Pa];presso do vapor abaixo do prato [Pa];

queda de presso no prato ou estgio [atm];queda de presso total [Pa];parmetro de capacidade [ - ];razo de refluxo [ - ];nmero de Schimidt (= /);fator de forma na inundao [ - ];gravidade especfica do lquido [ - ];nmero de Sherwood (= /) [ - ];tempo de residncia mdio [s];tempo de residncia definido pela equao (56) [s];velocidade superficial do lquido [ms-1];

velocidade de inundao do lquido [ms-1];

velocidade do lquido atravs do furo [ms-1];velocidade superficial do vapor [ms-1];,velocidade superficial do vapor de inundao [ms-1];velocidade de inundao do vapor [ms-1];velocidade do vapor atravs do furo [ms-1];

velocidade do vapor atravs da frao do total de furos [ms-1

];

frao do total de furos por onde passa vapor em qualquer instante [ - ];parmetro de vazo [ - ];Abscissa do diagrama de velocidade de inundao [ - ];nmero de Weber (= ,,/) [ - ];Ordenada do diagrama de velocidade de inundao [ - ];distncia do prato [cm];espaamento entre pratos [m];

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Letras gregas

amplitude das ondas formadas sobre o prato [ - ];fator de aerao [ - ];espessura do prato [m];viscosidade [kgm-1h-1];coeficiente de resistncia do prato seco [ - ];coeficiente de resistncia devido ao vapor (= 1 1 0,41,251 [ - ];coeficiente de resistncia devido ao lquido [ - ];coeficiente de resistncia devido tenso superficial [ - ];rendimento industrial [ - ];rendimento da destilao [ - ];viscosidade cinemtica [m2s-1];

massa especfica [kgm-3];tenso superficial [kgh-2];frao de rea livre do prato [ - ];frao de rea livre para a passagem de lquido no prato [ - ];frao de rea livre para a passagem de vapor no prato [ - ];

frao da rea transversal livre do prato ocupada por lquido [ - ];

distribuio vertical da frao de vazios do vapor em relao ao nvel do prato;frao mdia de lquido em um prato (= /) [ - ];

Subscrito

lquido;

vapor;arar;

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inundao;furo;

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Sumrio

1. Introduo ............................................................................................................ 31

1.1 Objetivo Geral .............................................................................................................. 34

1.2 Objetivos Especficos .................................................................................................. 34

2. Reviso Bibliogrfica .......................................................................................... 35

2.1 Panorama da produo de etanol no Brasil e no Rio Grande do Sul ....................... 36

2.2 Desafios tecnolgicos da produo de etanol em pequena escala ......................... 42

2.2.1 Processo produtivo do lcool etlico hidratado combustvel ............................. 43

2.2.1.1 Destilao .................................................................................................................................. 45

2.2.2 Desafios tecnolgicos....................................................................................... 50

2.2.2.1 Produtividade industrial ............................................................................................................. 51

2.2.2.2 Consumo energtico ................................................................................................................. 53

2.2.2.3 Aspectos construtivos e operacionalidade ................................................................................ 59

2.2.2.4 Remoo do leo fsel na destilao do etanol ....................................................................... 59

2.3 Processo de destilao ............................................................................................... 65

2.3.1 Destilador hbrido aplicado produo de etanol em pequena escala ....................................... 66

3. Materiais e Mtodos ............................................................................................ 69

3.1 Simulao de destilao da mistura gua+etanol ..................................................... 69

3.1.1 Etapa 1 - Coluna de destilao nica .......................................................................................... 70

3.1.2 Etapa 2 - Colunas de destilao A e B ........................................................................................ 71

3.2 Experimentos com leo fsel ..................................................................................... 72

3.2.1 Materiais ....................................................................................................................................... 72

3.2.2 Procedimento experimental.......................................................................................................... 73

3.2.3 Procedimento analtico ................................................................................................................. 74

3.2.2.1 Aparato ...................................................................................................................................... 75

3.2.2.2 Reagentes ................................................................................................................................. 75

3.2.2.3 Procedimento ............................................................................................................................ 75

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3.3 Dimensionamento do destilador piloto ...................................................................... 76

3.4 Montagem e instalao do destilador piloto .............................................................. 81

3.5 Viabilidade econmica preliminar .............................................................................. 82

3.5.1 Determinao de custos e receitas .............................................................................................. 83

3.5.2 Anlise de viabilidade econmica preliminar ............................................................................... 84

3.6 Prova de conceito do destilador piloto ...................................................................... 85

4. Resultados e Discusso ..................................................................................... 87

4.1 Simulao da destilao de etanol ............................................................................. 87

4.2 Influncia do leo fsel ............................................................................................... 93

4.3 Dimensionamento do destilador piloto ...................................................................... 98

4.3.1 Consideraes sobre o dimensionamento ................................................................................... 99

4.3.1.1 Seo de esgotamento ........................................................................................................... 101

4.3.1.2 Seo de retificao ................................................................................................................ 103

4.3.2 Fluxograma do sistema piloto de destilao .............................................................................. 105

4.4 Construo e montagem do destilador piloto ......................................................... 106

4.5 Anlise de viabilidade econmica preliminar .......................................................... 114

4.5.1 Custos ........................................................................................................................................ 114

4.5.2 Anlise de viabilidade econmica preliminar ............................................................................. 121

4.6 Prova de conceito do destilador piloto .................................................................... 122

4.6.1 Funcionalidade ........................................................................................................................... 122

4.6.1.1 Ajuste fsico do destilador ....................................................................................................... 123

4.6.1.2 Dados operacionais ................................................................................................................. 126

4.6.2 Viabilidade Tcnica e potencial de uso ...................................................................................... 129

5. Concluses ........................................................................................................ 133

5.1 Simulao de destilao do sistema gua+etanol .................................................. 133

5.2 Experimentos com leo fsel ................................................................................... 133

5.3 Dimensionamento, montagem e instalao do destilador piloto ........................... 134

5.4 Anlise de viabilidade econmica preliminar .......................................................... 134

5.5 Prova de conceito ...................................................................................................... 134

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5.6 Sugestes para trabalhos futuros ............................................................................ 135

Referncias ............................................................................................................ 137

Apndice ALegislao ...................................................................................... 153

A.1 Licenciamento Ambiental ......................................................................................... 153

A.2 Comercializao ........................................................................................................ 154

Apndice BProdutividade Industrial ................................................................ 159

B.1 Processo produtivo do etanol em pequena escala ................................................. 159

B.1.1 Obteno de substrato para fermentao ................................................................................. 159

B.1.2 Fermentao .............................................................................................................................. 161

B.1.3 Destilao .................................................................................................................................. 163

B.1.4 Coprodutos ................................................................................................................................ 163

B.2 Rendimento Terico .................................................................................................. 167

B.3 Produtividade Industrial ........................................................................................... 168

Apndice CDispositivos de contato ................................................................ 171

C.1 Pratos perfurados sem downcomer ......................................................................... 171

C.1.1 Caractersticas hidrodinmicas dos pratos perfurados sem downcomer .................................. 173

A) Altura da espuma ................................................................................................................ 173

B) Queda de presso ............................................................................................................... 176

C) Capacidade mxima ............................................................................................................ 179

D) Eficincia do prato ............................................................................................................... 181

C.2 Recheios .................................................................................................................... 185

C.2.1 Caractersticas hidrodinmicas dos recheios randmicos ........................................................ 185

A) Queda de presso ............................................................................................................... 186

B) Eficincia ............................................................................................................................. 188

C) Ponto de inundao e Mxima Capacidade Operacional (MCO) ....................................... 189

Apndice DLista de materiais do destilador piloto ........................................ 191

Apndice EEspecificao dos equipamentos e servios de umamicrodestilaria ....................................................................................................... 193

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1. Introduo

O etanol hidratado combustvel (EHC), produzido a partir da cana-de-acar,

apresenta-se como um substituto potencial gasolina. Pontos positivos envolvem o

fato de o etanol ser renovvel, fazer uso da mesma infraestrutura logstica daquele

combustvel fssil, podendo ser produzido localmente (ao contrrio do petrleo) e,

em alguns casos, ser obtido de forma mais econmica.

Muitos pases tm se aperfeioado na produo de etanol para fins

carburantes, notadamente os Estados Unidos e o Brasil, responsveis por mais de

86% da produo mundial em 2010 (OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY, 2011).

Outras regies tambm pretendem ampliar a produo ou a participao dos

biocombustveis em sua matriz energtica, como a Amrica Latina, Europa e sia

(CHALMERS; ARCHER, 2011; JANSSEN; RUTZ, 2011; RAVINDRANATH et al.,

2011; SORDA; BANSE; KEMFERT, 2010).

A produo de EHC em pequena escala, que ainda apresenta-se pouco

desenvolvida, desempenha um importante papel econmico e social no meio em

que est inserida, pois ao mesmo tempo em que essa atividade pode tornar-se fonte

geradora de renda, ela garante autossuficincia energtica ao produtor e regio.

Essas duas caractersticas so as incentivadoras do desenvolvimento e adaptao

da tecnologia de destilao para a pequena escala. Subsidiariamente, podem

vislumbrar tambm a ampliao do leque de matria-prima para a produo de

biocombustveis.

O interesse por microdestilarias foi intensificado em momentos de escassez

de derivados de petrleo (principalmente a gasolina), ou aumento em seus preosno mercado. Assim, tem-se observado desenvolvimento e implantao intermitentes

desse modelo de produo de etanol sem que essa atividade tenha se firmado como

alternativa produo de etanol em larga escala. Podem-se citar os perodos entre

guerras, quando o governo brasileiro criou, em 1933, o Instituto do Acar e do

lcool (IAA); 2 Guerra Mundial (1939-1945), com a escassez de gasolina; perodo

ps-primeiro choque do petrleo (1975-1989), com a criao do Programa Nacional

do lcool (PROLCOOL) e posterior crise de desabastecimento e extino do IAA,e; perodo atual (2002-presente), com incremento de aproximadamente 55 % na

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produo de etanol (EPE, 2013) em funo do aumento prximo a 62% nos preos

internacionais do petrleo entre 2002 e 2010 (BRITISH PETROLEUM, 2011).

No Brasil, o movimento em direo produo de etanol em pequena escala

ganhou fora com o advento do PROLCOOL em 1975, lanado aps o primeiro

choque do petrleo, ocorrido em 1973 (ITURRA, 2004). Este programa teve por

objetivo principal fomentar a produo nacional de etanol de maneira a diminuir a

dependncia nacional do petrleo importado.

Nesse contexto, desenvolveram-se duas vertentes de atuao na produo

de etanol em pequena escala, entre elas: 1) garantir a autossuficincia energtica do

agricultor, sob o emblema fabrique seu prprio combustvel e aproveitamento dos

subprodutos do processo para fabricao de rao animal ou combustvel slido

(BROWN, 1979; CARLEY, 1980; CRUZ et al., 1980; HOFFMANN, 1985; SOLAR

ENERGY RESEARCH INSTITUTE, 1982) e; 2) incluir os produtores de etanol em

pequena escala no esforo em suprir a demanda nacional por combustveis lquidos

(ITURRA, 2004).

A primeira linha de atuao sempre foi a mais promissora, uma vez que o

maior custo do etanol combustvel obtido por processo em pequena escala, devido

s menores eficincias, seria compensado pela no incidncia de impostos sobre oautoconsumo. Alm disso, os autoprodutores de etanol teriam o no pagamento de

frete como outra vantagem competitiva, pois, no Brasil, a produo de etanol est

concentrada na regio sudeste do pas, fazendo com que o transporte para o Rio

Grande do Sul e sua distribuio elevem o preo final do EHC em aproximadamente

5 % (SULPETRO, 2012).

A possibilidade de produo local de um combustvel lquido, para atender a

demanda do maquinrio agrcola para outros cultivos, como no caso da soja, poderiaincentivar a autoproduo de etanol, conforme relatado por Dias et al. (1980). O

empenho industrial nesse sentido resultou no aperfeioamento de tratores agrcolas

com motores hbridos etanol-diesel (HANSEN et al., 2001; PIDOL et al., 2012;

SAYIN, 2010).

Nenhum desses dois modelos apresentou bons resultados, seja por

empecilhos tecnolgicos, econmicos ou por excesso de restries legais para a

comercializao do etanol, que afetaram diretamente a pequena escala.

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33

Dessa forma, no havendo nenhum incentivo especfico pequena escala,

que a colocasse em p de igualdade com as grandes usinas, o modelo das

microdestilarias segue por conta prpria, em lento desenvolvimento.

Em recente estudo, Mayer et al. (2010) analisaram a produo de etanol em

microdestilarias apresentando dados que corroboram a avaliao de ausncia de

tecnologia eficiente aplicada pequena escala, com destaque para a destilao. Na

destilao, os rendimentos deveriam situar-se em torno de 92%, porm, devido

precariedade dos equipamentos - do ponto de vista de projeto e operacional, tais

rendimentos no superam os 80 %.

Alm do rendimento insatisfatrio, os processos analisados consomem mais

energia do que a obtida a partir do combustvel produzido, decorrendo do fato de

que a gerao de vapor responde por 31 % dos custos de produo de EHC

(excetuando-se a matria-prima) e, desse valor, 50 % deve-se somente ao consumo

de lenha (MAYER; HOFFMANN; JAHN, 2010). Ressalta-se que esses custos

relacionam-se diretamente com a destilao.

Quando se verificou um crescente nmero de microdestilarias instaladas no

Rio Grande do Sul, esperava-se que tais equipamentos atendessem de forma

eficiente as necessidades para as quais foram instalados. Entretanto, possvelafirmar que no existe, no mercado, nenhum equipamento de destilao em

pequena escala que obtenha elevado ndice de recuperao de produto, com

qualidade em conformidade com a legislao e que disponha de um rendimento

energtico compatvel com um balano positivo de energia.

A etapa de destilao apresenta-se como a mais promissora quanto a

possibilidade de aumento de rendimento, por tratar-se de um processo que

minimamente afetado pela reduo de escala. Dessa forma, prope-se odesenvolvimento de uma tecnologia de destilao que atenda pequena escala, de

forma eficiente, do ponto de vista da recuperao e da garantia da qualidade do

produto e de eficincia energtica.

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1.1 Objetivo Geral

O objetivo geral desse trabalho foi projetar, construir e operar um destiladorde tecnologia hbrida adaptado s caractersticas de produo de EHC em pequena

escala.

1.2 Objetivos Especficos

Os objetivos especficos foram:

Estabelecer as condies operacionais do processo de destilao

(vazes, temperaturas, regime operacional, etc.), com base em estudo

detalhado de microdestilarias;

Avaliar atravs de simulao e experimentalmente a influncia do leo

fsel na destilao de etanol em coluna de bancada, visando

obteno de parmetros operacionais que auxiliem no projeto do

destilador piloto;

Projetar e construir um destilador, em escala piloto, utilizando osparmetros obtidos no destilador em escala de laboratrio e que

empregue um sistema misto (pratos e recheio), conforme avaliao

prvia obtida por Mayer (2010);

Realizar a prova de conceito do destilador piloto e avaliar seu

desempenho, de maneira a permitir sua comparao com modelos

utilizados no projeto de pratos perfurados sem downcomer;

Avaliar, preliminarmente, o impacto da tecnologia proposta naviabilidade econmica das microdestilarias.

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2. Reviso Bibliogrfica

A produo de EHC em pequena escala, e suas qualidades, tem atrado a

ateno de governos, produtores e pesquisadores desde a dcada de 1970, durante

a implantao do Programa Nacional do lcool (PROALCOOL). Esse debate sempre

foi pautado pelas qualidades superiores que a pequena escala possui em relao

grande escala, como o perfil socialmente justo e ecologicamente correto das

microdestilarias, alm da provvel viabilidade econmica, que justificaria, por si s,

os investimentos e/ou os programas governamentais de incentivo ao setor.

Em quase 40 anos de discusses a respeito da produo de etanol em

pequena escala, pouco ou nada foi implementado alm de unidades de carter

demonstrativo nos centros de pesquisa, principalmente. A maioria das unidades

privadas para produo de etanol visou produo para o consumo prprio e

aquelas que pretendiam a comercializao do produto no prosperaram. Isto

contrasta com a grande escala, que atravs de incentivos governamentais,

conseguiu se estabelecer como fornecedora de um combustvel competitivo com a

gasolina, apesar dos problemas enfrentados nos ltimos anos.

Pode-se atribuir diversos fatores para justificar a falta de xito da produo de

etanol em pequena escala em relao grande escala, tais como: maiores custos

da matria-prima e operacionais; restries legais quanto qualidade do EHC; carga

tributria; questes de solo e clima, especialmente no Rio Grande do Sul; falta de

conhecimento tcnico pelos produtores; e o menor rendimento industrial. possvel

afirmar com certa margem de segurana que todos esses fatores esto relacionados

e afluem para o ltimo deles, que o baixo rendimento industrial comparado grande escala, aliado s dificuldades tecnolgicas da escala reduzida.

Os casos de microdestilarias estudadas, todas elas implementadas nos

ltimos 40 anos, revelam que o rendimento industrial da pequena escala no

ultrapassa os 75% do rendimento da grande escala, que de aproximadamente

82,0 Lt-1(MINISTRIO DA AGRICULTURA, 2012). Isto sem mencionar o consumo

energtico, que pode afetar negativamente os resultados econmicos e ambientais

desses empreendimentos.

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A anlise de diversas fontes bibliogrficas revela que a tecnologia utilizada

nas microdestilarias no sofreu modificaes nas ltimas quatro dcadas, enquanto

que a grande escala obteve ganhos expressivos tanto na produtividade agrcola

como industrial. Entre 1985 e 2000, o incremento na produtividade agrcola e na

eficincia de converso de acar em etanol nas grandes usinas cresceram 33 % e

14 %, respectivamente (MACEDO; NOGUEIRA, 2004).

Assim, a viabilizao da produo de etanol em pequena escala passa pelo

aumento dos rendimentos industriais, de modo que esse ser o enfoque desse

estudo.

2.1 Panorama da produo de etanol no Brasil e no

Rio Grande do Sul

O etanol1carburante constitui-se em um importante combustvel renovvel no

Brasil. Ele utilizado hidratado, diretamente em motores, ou anidro,

obrigatoriamente adicionado gasolina, em uma concentrao legalmente definidaentre 20 % e 25 % em volume. Na dcada de 1980 o etanol foi o combustvel mais

utilizado em veculos de passeio, perdendo essa posio devido a uma crise de

desabastecimento em 1989 e queda dos preos internacionais do petrleo

(SORDA; BANSE; KEMFERT, 2010). Em fevereiro de 2008 ultrapassou novamente

a gasolina, mas foi superado mais uma vez em 2010 (Figura 1).

Entre 2008 e 2012, os veculos flex fuel licenciados no Brasil responderam,

em mdia, a 85 % do total e somaram 15,3 milhes de unidades fabricadas desde2003, conforme a Associao Nacional dos Fabricantes de Veculos Automotores

(ANFAVEA, 2012). Estima-se que at 2015 atinjam 47 % da frota nacional de

veculos leves (SORDA; BANSE; KEMFERT, 2010).

1No Brasil, a Agncia Nacional do Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis estabeleceu, atravs da Resoluo

ANP n23 de 06/07/2010, as definies para o etanol utilizado como combustvel. De maneira a definir com

exatido os termos empregados nesse trabalho, optou-se pelas seguintes significaes: etanol, como

denominao genrica, correspondendo frao anidra e hidratada; etanol anidro, para designar o etanol

anidro adicionado gasolina; etanol hidratado combustvel (EHC), para indicar o etanol hidratado, comconcentrao de 92,5 % em massa e; lcool combustvel super-hidratado, para nomear a mistura de etanol em

concentraes menores que 92,5 % em massa.

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Figura 1 - Consumo de etanol (anidro + hidratado) e gasolina pura no Brasil

(em 103m3).

Fonte: elaborada pelo autor a partir de dados publicados em Empresa de Pesquisa

Energtica (2013).

A vantagem tecnolgica dos motores flex fuel resultou na flexibilizao no

consumo dos combustveis lquidos (gasolina e etanol) e possibilitou aos

consumidores escolher qual combustvel utilizar em funo do preo, escolhendo-se

o etanol hidratado quando esse situar-se abaixo de 70 %2do valor da gasolina. Essa

versatilidade dos motores resulta em uma mudana quase instantnea no consumo

desses energticos, em funo dos preos relativos.

Tendo em conta essa possibilidade de uso e o fato de que, no Brasil, o preo

da gasolina mantm-se em um patamar estvel desde 2005o governo, atravs da

estatal Petrobras, tem evitado repassar as flutuaes dos preos internacionais do

petrleo ao mercado consumidor, atuando como tampo o preo do etanol torna-

se prioritrio no que diz respeito sua utilizao.

2Conforme os fabricantes de motoresflex fuel, 70% a relao entre o aproveitamento do etanol e da gasolina

em um motor.

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Consumop

arafinsenergticos(103m3)

Etanol Anidro

Etanol Hidratado

Etanol total

Gasolina

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No caso do Brasil, que produziu 27,7 milhes de m3 de etanol em 2010

(CONAB, 2011), tem-se como principal matria-prima a cana-de-acar, com um

sistema de produo centralizado em grande escala, em unidades que, geralmente,

produzem concomitantemente acar, etanol e energia eltrica. Esse sistema torna

fcil o direcionamento da produo para acar ou etanol, conforme os preos

internacionais destes produtos. Assim, apesar de o etanol no ser uma commodity,

no Brasil ele se comporta como tal, uma vez que sofre grande influncia dos preos

do acar.

neste ponto que surgem as interaes do comrcio internacional do acar

com o modelo de produo de etanol no Brasil, uma vez que o etanol produzido a

partir de cana-de-acar em destilarias autnomas ou anexas fabricao de

acar. Isto torna o preo do etanol hidratado muito susceptvel cotao do acar

no mercado internacional, conforme visto na Figura 2.

Figura 2 - Produo de acar e etanol hidratado e preos de exportao no

Brasil, entre 2002 e 2011.

Fonte: Adaptado de Empresa de Pesquisa Energtica (2012); Ministrio da Agricultura,

(2012a; 2012b).

Na Figura 2 observa-se que existe uma tendncia entre o aumento de preo

do acar para exportao e a quantidade de acar exportado. No Brasil, a relao

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entre o rendimento da produo de acar e o de etanol superior a 2,0, a partir de

uma mesma quantidade de cana-de-acar processada. Assim, desprezando-se os

custos de produo de cada produto, pode-se inferir que o preo de venda do etanol

deve ser o dobro em relao ao do acar. Entretanto, nos ltimos anos a relao

tem-se mantido em 1,47, em mdia. Assim, mais rentvel direcionar a matria-

prima para a produo de acar do que para lcool hidratado, encarecendo seu

valor, diminuindo sua competitividade com a gasolina e, consequentemente,

diminuindo seu consumo.

inegvel a importncia que o modelo de produo de etanol em grande

escala representa para o Pas, em termos econmicos e energticos, sendo

responsvel por 2,35 % do PIB nacional, 3,6 milhes de empregos diretos e indiretos

e no envolvimento de 72.000 agricultores (DIEESE, 2007), alm de responder por

19,3 % de participao na oferta interna de energia primria brasileira em 2010

(EPE, 2011). Alm disso, devem-se observar os ganhos ambientais da cultura

bioenergtica da cana-de-acar e do sorgo sacarino, uma vez que a utilizao de

etanol em substituio gasolina reduz as emisses de gases de efeito estufa em

mais de 70 % (WALTER et al., 2010). Esse valor pode atingir mais de 100 % se

forem computados crditos de emisses para coprodutos (incluindo eletricidade) naindstria da cana-de-acar (OCDE, 2008).

Entretanto, deve-se ressaltar os impactos econmicos e sociais negativos da

produo de EHC, como ocorrncias de subempregos no setor e a competio com

a produo de alimentos (AZADI et al., 2012). O cultivo da cana-de-acar, como

qualquer outra monocultura, apresenta desvantagens: concentrao de terras e de

renda; xodo rural pela mecanizao da lavoura; riscos da dependncia de um nico

cultivo; e presses ambientais sobre os ecossistemas, entre outros. Ainda, Corsini(1984) citou a sazonalidade da produo (seis meses, aproximadamente) e custos

com transporte de matria-prima e de produto, por que uma grande extenso de

terra necessria para suprir a destilaria, caractersticas ainda muito atuais.

Por esses fatores, a produo sucroalcooleira em grande escala s

apresenta viabilidade de implantao em regies com clima e relevo favorveis,

como ocorre nas regies sudeste e centro-oeste do pas, especificamente nos

estados de So Paulo, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e Gois.

Em regies com relevo acentuado ou onde h o predomnio de pequenas

propriedades, com produo agrcola baseada na mo-de-obra familiar, o modelo de

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40

produo em grande escala no pode e no deve ser aplicado. Nessas regies, em

que o RS est incluso, deve-se buscar um outro modelo, com caractersticas

especficas e que potencialize as qualidades da pequena escala, como o caso das

microdestilarias.

A Tabela 1 apresenta o volume de etanol produzido e consumido e o preo

mdio ao consumidor no Brasil e no Rio Grande do Sul ao longo dos ltimos anos.

Observa-se que o consumo de EHC no estado variou conforme o preo praticado no

mercado, apresentando uma tendncia decrescente. A produo de EHC

proveniente da nica destilaria instalada no RS, localizada em Porto Xavier,

respondeu com 5,0% do consumo de EHC no RS. Ressalta-se que no foi

considerado o consumo de etanol anidro adicionado gasolina na proporo de

25% em volume, que em 2012 totalizou 703,5 mil m3. Assim, a demanda de etanol

abastecida majoritariamente pela indstria sucroalcooleira tradicional, concentrada

nas regies sudeste (especificamente em So Paulo) e Centro-Oeste.

Tabela 1Produo, consumo e preo ao consumidor do etanol para o Brasil

e Rio Grande do Sul.

AnoProduo de etanolanidro e hidratado

(mil m3)

Vendas de etanolhidratado pelas

distribuidoras (mil m3)

Preo mdio do EHC aoconsumidor (R$L-1)

Brasil RSa Brasil RS Brasil RS

2005 16.039,89 3,34 4.667,22 189,90 1,38 1,81

2006 17.764,26 5,50 6.186,55 158,76 1,63 2,17

2007 22.556,90 7,00 9.366,84 220,30 1,45 1,77

2008 27.133,19 6,32 13.290,10 324,89 1,44 1,78

2009 26.103,09 2,46 16.470,95 403,03 1,48 1,80

2010 28.203,42 5,81 15.074,30 240,89 1,67 2,01

2011 22.892,50 6,58 10.899,22 137,12 2,00 2,372012 23.540,06 1,67 9.850,18 115,22 1,94 2,40

aSomente etanol hidratado.

Fonte: ANP (2013).

Segundo o Zoneamento Agroecolgico da Cana-de-Acar, o Rio Grande do

Sul dispe de aproximadamente 1,3 milhes de hectares com aptido mdia e alta

ao cultivo dessa matria-prima (EMBRAPA, 2009). Essas reas se caracterizam por

um relevo acidentado ou com predomnio de pequenas propriedades, com produoagrcola baseada na mo de obra familiar.

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Embora o modelo de produo em grande escala seja mais eficiente

tecnicamente, ele no pode e no deve ser aplicado nessas regies, devendo-se

buscar outro modelo, com caractersticas especficas e que potencialize as

qualidades da pequena escala, como o caso das microdestilarias. Embora se

registre uma nica destilaria de maior porte, a Cmara Temtica da Agroenergia da

Secretaria de Agricultura, Pecuria e Agronegcio identificou a existncia de 30

microdestilarias no Estado, visando a autoproduo, com possvel disponibilidade de

excedente de produo (IRGA, 2012), o que indicaria a possibilidade de atender

parte da demanda estadual.

A venda de etanol combustvel no mercado regulamentada pela Agncia

Nacional do Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis (ANP), atravs das resolues

n 07/2011 e n 43/2009 (ver Apndice A). A resoluo n 07/2011 estabelece as

especificaes para o EHC que devem ser atendidas para que o produto seja

direcionado ao mercado consumidor, o que pode inviabilizar as microdestilarias uma

vez que a tecnologia de destilao disponvel pequena escala de certa forma

rudimentar.

J a resoluo n 43/2009, regulamenta a cadeia de agentes que atuam na

comercializao de etanol: o produtor de etanol vende seu produto a uma empresadistribuidora que repassa o combustvel para os postos de combustveis, que por

sua vez comercializam diretamente com o consumidor final. vedada a venda direta

do produtor ao consumidor, o que encarece o produto final devido a custos com

transporte muitas vezes a distribuidora situa-se longe do produtor, obrigando a

viagem do etanol combustvel central distribuidora e o seu retorno regio em que

foi produzido para ento ser comercializado e remunerao dos agentes

envolvidos nessa cadeia.A Tabela 2 apresenta a composio do preo do etanol para o Brasil no ano

de 2011, considerando o preo mdio por litro de R$ 2,22. Para o caso do etanol

combustvel, a carga tributria incidente sobre a cadeia de comercializao

superior a 30 %, com destaque para o ICMS (Imposto sobre Circulao de

Mercadorias e Servios), que atinge 18,2 %. No Estado do Rio Grande do Sul a

alquota de ICMS alcana 25 %. Recentemente o Governo Federal publicou a

Medida Provisria n 613 (BRASIL, 2013), concedendo crdito presumido de

PIS/PASEP e COFINS para os produtores de etanol, com o objetivo de zerar as

alquotas desses impostos.

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Analisando-se a Tabela 2, observa-se que a competitividade do EHC frente

gasolina depende majoritariamente do custo e da margem de lucro do produtor uma

vez que a alquota dos impostos estaduais e federais incidentes sobre o EHC e

sobre a gasolina so similares.

Tabela 2Composio do preo do EHC

Item Percentagem

Custo e margem de lucro do produtor 55,7%

ICMS - substituio tarifria (posto de combustvel) 3,5%

ICMS - distribuidor 2,0%

PIS/COFINS - distribuidor 5,4%

ICMS - produtor 18,2%

PIS/COFINS - produtor 2,2%

Margem de lucrodistribuidora e posto de

combustvel13,0%

Preo final (posto de combustvel) 100,0%

Fonte: Rezende et al. (2011).

Dessa forma, a eficincia do processo produtivo o fator que ir definir a

capacidade de competio do EHC e, por consequncia, a viabilidade econmica

das microdestilarias.

2.2 Desafios tecnolgicos da produo de etanol em

pequena escala

A produo de etanol em pequena escala tem sido afetada pelos rendimentos

insatisfatrios das etapas produtivas, especialmente na destilao. Alm disso, o

elevado consumo energtico do processo tende a inviabilizar economicamente e

ambientalmente a pequena escala, o que tem se refletido no pequeno nmero de

microdestilarias instaladas no Brasil e no Rio Grande do Sul. Uma anlise do

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processo e das suas caractersticas tecnolgicas apresentada neste item, com

destaque para a destilao.

2.2.1 Processo produtivo do lcool etlico hidratado combustvel

As destilarias de etanol no apresentam uma classificao padronizada

quanto escala de produo, como foi observado em uma busca bibliogrfica

realizada sobre o assunto (BENGSTON, 1983; COLLURA; LUYBEN, 1988;

DAIANOVA et al., 2012; HOFFMANN, 1985; ILLES; ISTVN, 2009; MENEZES,

1980; OLESKOWICZ-POPIEL et al., 2012; PAUL, 1980; SOLAR ENERGY

RESEARCH INSTITUTE, 1982; STAMPE et al., 1983; WONDER; SIMPSON, 1982).

No Brasil, mais especificamente, existe uma diferenciao estabelecida

informalmente a respeito da escala das unidades de produo, ou destilarias, como

mostrado na Tabela 3. Esta distino foi reportada por Hoffmann (1985), porm no

informa com segurana o nvel tecnolgico empregado, o desempenho industrial e a

economicidade. Entretanto, esta diviso tem sido muito til para o estabelecimento

de discusses a respeito desses e outros aspectos tais como a criao deempregos, investimentos e problemas ambientais.

Tabela 3Escalas das destilarias de produo de etanol.

Escala Produo (Ldia- )

macro Maior do que 60.000

mini entre 5.000 e 60.000

micro Menor que 5.000Fonte: Hoffmann (1985).

Alm dessa classificao, possvel diferenciar entre microdestilarias de

acordo com o produto final (tipo de lcool produzido), matria-prima utilizada (cana-

de-acar, sorgo sacarino, mandioca, etc.) ou regime operacional (contnuo ou

descontnuo) (GEMENTE et al., 1982).

Apesar da variabilidade de matrias-primas e de processos empregados e da

escala de produo, pode-se dividir o processo de produo de etanol em quatro

etapas, com maior ou menor envolvimento tecnolgico:

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1. Preparo da matria-prima: inclui o recebimento da matria-prima,

pesagem, lavagem e cominuio;

2. Obteno do substrato para fermentao: essa etapa apresenta a

maior variabilidade no processo produtivo. Para a cana-de-acar e

sorgo sacarino ela abrange a moagem ou extrao de acares por

difuso; para amilceas inclui hidrlise e sacarificao; para matrias-

primas-celulsicas pode haver a separao da lignina para posterior

hidrlise cida ou enzimtica da celulose;

3. Fermentao: converso dos acares fermentescveis em etanol,

obtendo-se vinho com concentrao entre 7 e 10 % em volume. Pode

ocorrer alguma variao construtiva nas dornas de fermentao

(agitadores, raspadores de fundo, etc), de acordo com a necessidade

imposta pela matria-prima utilizada;

4. Destilao: etapa em que ocorre a separao do etanol do vinho

proveniente do fermentador, at uma concentrao mnima de etanol

de 92,5 INPM3. Assim como na fermentao, pequenas modificaes

podem se fazer necessrias de acordo com o tipo de matria-prima

utilizada no processo.

Essas quatro etapas esto presentes em qualquer destilaria que tenha por

objetivo transformar uma determinada matria-prima em etanol combustvel. A

influncia da escala de produo sobre o processo produtivo abrange o tamanho

dos equipamentos utilizados e os rendimentos obtidos. A pequena escala faz uso de

tecnologia menos sofisticada uma vez que existe uma relao direta entre escala de

produo e rendimento do processo, o que j era afirmado por Hoffmann (1985).Alm dos quatro grandes setores citados (recepo de matria-prima,

obteno de substrato para fermentao, fermentao e destilao), existem ainda

as utilidades, que compreendem a gerao de vapor (includa no setor de

destilao) e eletricidade. A Figura 3 apresenta o fluxograma do processo de

produo de EHC em pequena escala.

3Quantidade, em gramas, de lcool absoluto contida em 100 gramas de mistura hidroalcolica. Esse valor a

mnima concentrao exigida pela Resoluo ANP N 07/2011. importante ressaltar que, para fins decomercializao, o lcool Etlico Hidratado Combustvel (EHC) deve enquadrar-se nas especificaes de outras

14 caractersticas alm do teor de etanol, conforme essa mesma resoluo.

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Figura 3 Fluxograma da produo de EHC em pequena escala a partir de

cana-de-acar ou sorgo sacarino.

Fonte: O autor (2014)

Devido aos objetivos propostos para esse estudo, uma maior nfase ser

apresentada ao processo de destilao. Uma descrio da tecnologia utilizada no

preparo da matria-prima (cana-de-acar e sorgo sacarino) e na fermentao

apresentada no Apndice B.

2.2.1.1 Destilao

A destilao a operao de transferncia de massa mais utilizada na

indstria qumica (CALDAS et al., 2007). Esta operao ocorre devido diferena de

volatilidade existente entre os componentes da mistura, promovido pelo

fornecimento de calor ao sistema aliado aos dispositivos de contato que promovem a

separao dos componentes (CALDAS et al., 2007). Esse processo pode apresentardiferentes caractersticas de acordo com a necessidade ou condies operacionais,

conforme mostra a Figura 4. As principais diferenciaes referem-se ao regime

operacional, ao dispositivo de contato e ao sistema de aquecimento.

Existem dois tipos de regime operacional: batelada ou contnuo. A destilao

em batelada - menos sofisticada que a destilao contnua - comumente

empregada quando a composio dos materiais a serem separados varia

amplamente, quando a separao no ocorre de maneira frequente ou quando osmateriais a serem separados so produzidos em pequenas quantidades

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(FLODMAN; TIMM, 2012; KISTER, 1992). Comparando-se o trabalho de Bengtson

(1983) com a situao atual observa-se que no ocorreram grandes modificaes

tecnolgicas nos ltimos 30 anos, excetuando-se as novas estratgias de

processamento em batelada (FLODMAN; TIMM, 2012; MODLA; LANG, 2008; PENG

et al., 2007).

Figura 4Processo dos sistemas de destilao.

Processo de

destilao

Batelada Contnua

Recheio Pratos

Regimeoperacional

Dispositivodecontato

Sistemadeaquecimento

Fogo

direto

Injeo

de vapor

Trocador

de calor Eltrico


A Figura 5 mostra o leiaute de um destilador batelada, compreendendo o

refervedor, a coluna de destilao, o deflegmador utilizado para controlar a vazo

de vapor de etanol que ser direcionado ao condensador, e o condensador,

responsvel pela condensao dos vapores hidroalcolicos e separao dos

compostos de menor ponto de ebulio (aldedos, steres e cetonas). Na destilao

intermitente, a alimentao carregada no refervedor e o etanol no vinho

esgotado pelo aquecimento, evaporao e, finalmente, condensao dos vapores

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hidroalcolicos. Aps a destilao, o resduo ou vinhaa descarregado e uma nova

carga realizada.

Figura 5Destilador do tipo batelada.

Condensador

Deflegmador

Refervedor

Etanol

hidratado

Refluxo

Entrada

de vapor

Fonte: Adaptado de Michel Junior (2010).

A destilao batelada apresenta alguns problemas inerentes sua natureza

dinmica, dificultando seu controle e otimizao (FLODMAN; TIMM, 2012). Assim,

tem sido difcil obter EHC a partir de destilao em batelada de acordo com os

padres de qualidade, especialmente quanto concentrao de etanol no produto

de topo. Alm disso, outra varivel de importncia no processo a produtividade

(litros de etanol por batelada), na medida em que se deseja obter o maior volume de

etanol e a maior concentrao possveis.

Usualmente, a dinmica do processo batelada implica na retificao atravs

da utilizao da razo de refluxo constante ou varivel (KISTER, 1992). Se for

utilizada razo de refluxo constante, ter inicialmente uma maior concentrao de

etanol no produto de topo, mas que ir decair ao longo do tempo. Nesse caso, ao

final do processo, ser possvel obter elevada recuperao do produto leve (etanol),

porm de menor concentrao mdia. Alvarez et al. (2012) e Coelho et al. (2012)

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apresentam resultados que comprovam o decrscimo exponencial da concentrao

de etanol no produto de topo durante a destilao em batelada com refluxo

constante. Coelho et al. (2012) informam que quanto maior a razo de refluxo, maior

ser a concentrao inicial do produto destilado e maior ser o tempo necessrio

para a destilao devido menor produo horria.

Se a razo de refluxo for continuamente ajustada ao longo do processo de

destilao ser possvel obter uma concentrao constante para o produto de topo,

mantendo-se a taxa de vaporizao (razo L/V) constante ou mantendo-se a vazo

de destilado constante (LOPES; SONG, 2010). Ao final da destilao, o produto de

topo coletado ter maior concentrao, mas a recuperao ser menor. Lopes e

Song (2010) informam que, para os casos por eles analisados, a destilao com

refluxo varivel (mantendo-se a taxa de vaporizao constante) mais econmica

que aquela com refluxo constante. Assim, na medida em que crucial obter-se um

produto de topo que atenda ao padro de qualidade, deve-se utilizar a estratgia

operacional de renunciar produtividade e economia de energia em virtude do uso

de razo de refluxo varivel, o que tambm incorre em elevadas perdas de etanol no

produto de fundo. Isto sugere a utilizao do regime batelada em casos muito

especficos, como o atendimento ao consumo prprio de etanol combustvel.Maiores informaes sobre esse regime operacional podem ser encontradas em

Bengston (1983), que apresenta dados operacionais para cinco destiladores

batelada com diferentes capacidades.

Um destilador contnuo constitudo de uma ou duas torres onde se processa

a separao do etanol. A maioria dos destiladores contnuos para a produo de

etanol possui duas torres, uma de esgotamento e outra de retificao, chamadas de

coluna A e coluna B, respectivamente (Figura 6). Esse sistema deriva dosdestiladores empregados em grande escala. A coluna A, que recebe a alimentao,

faz uma separao inicial, produzindo na parte superior uma flegma (mistura

hidroalcolica com concentrao de etanol entre 40 e 50% em volume), e um

produto de fundo, praticamente isento de etanol (concentrao menor que 0,5% em

volume). O flegma produzido na coluna A conduzido para a poro intermediria

da coluna B, onde os vapores ali produzidos ascendem em contato contracorrente

com o lquido refluxado, resultando no aumento gradual da concentrao alcolica

dos vapores que chegam ao topo da coluna.

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Nos pratos superiores da coluna B obtm-se o produto destilado com a

concentrao desejada (prxima a 96% em volume) e no fundo dessa torre retira-se

o lquido residual, com baixa concentrao de etanol e leos, chamado de gua de

lutter (DIAS et al., 2009; RASOVSKY, 1979; SNCHEZ; CARDONA, 2012). O

fornecimento de calor para o esgotamento e retificao realizado nas bases das

colunas A e B.

Figura 6Sistema de destilao contnuo.

Etanol hidratado

Alimentao

A

BFlegma

Vinhaa


importante ressaltar que o sistema em duas colunas o utilizado nasdestilarias de grande escala para a produo de EHC. O sistema de destilao

divide-se, visualmente, em duas colunas, embora se tenha, fisicamente, cinco

colunas. Sobrepostas a coluna A existem as colunas A1 onde o flegma

produzido, e Donde se extrai lcool de segunda (rico em aldedos). Juntamente

coluna B tem-se a coluna B1, ambas constituindo a torre de retificao, conforme

apresentado e discutido em Dias et al. (2009).

A destilao em regime contnuo apresenta uma srie de vantagens em

relao batelada, como a elevada concentrao do destilado, pequena perda de

etanol no produto de fundo (vinhoto), elevada produtividade e menor consumo

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energtico. Entretanto, um destilador contnuo no permite flexibilidade operacional,

exigindo um rigoroso planejamento da operao da microdestilaria a fim de que se

disponibilize a esta etapa material fermentado em quantidade suficiente para atender

a demanda do processo.

Os rendimentos da destilao em colunas de operao contnua variam de 92

a 96% (MAYER; HOFFMANN; HOFFMANN, 2013; SECRETARIA DE INDSTRIA E

COMRCIO, 1984). Schettert (2012) relatou rendimentos entre 80 e 95% em funo

de mudanas na concentrao de etanol na alimentao de um destilador com nica

coluna, que variou entre 5 e 9% em volume.

2.2.2 Desafios tecnolgicos

O aumento da eficincia do processo, a produtividade e o baixo consumo

energtico so os desafios tecnolgicos a serem enfrentados pela produo de

etanol em pequena escala. A escala de produo define a tecnologia utilizada no

processo uma vez que estas duas relacionam-se com a viabilidade econmica do

investimento. Como regra geral, as tecnologias que conduzem aos maiores

rendimentos so as que apresentam maiores investimentos e/ou custos

operacionais (mo de obra, insumos, energia, etc.). Assim o caso, por exemplo, do

difusor na extrao de acares, da fermentao contnua na converso do

substrato em etanol ou do uso de membranas na concentrao do etanol.

Cabe ressaltar que o rendimento de um terno de moenda ou de um

fermentador em batelada no depende da escala e, por isso, esses equipamentos,

que so as tecnologias atualmente utilizadas, esto no limite superior de eficincia.

Atualmente tecnologias mais eficientes que estas resultam em custos proibitivos, ouseja, o ganho em rendimento no suficiente para cobrir os custos envolvidos.

Em relao destilao, ocorre certa diferena na anlise escala versus

rendimento, uma vez que, teoricamente, o rendimento da destilao elevado e

independe da escala de produo.

A diferenciao entre os rendimentos das trs etapas de produo de etanol

em pequena escala apresentada no item 2.2.2.1 Produtividade Industrial.

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2.2.2.1 Produtividade industrial

A produtividade industrial das microdestilarias resultante dos rendimentos

das etapas de obteno de substrato, fermentao e destilao. Em relatrio de

avaliao de microdestilarias instaladas no Rio Grande do Sul, elaborado pela

Universidade Federal de Santa Maria (MAYER; JAHN; BISOGNIN, 2010) foram

detalhados os processos produtivos de microdestilarias pertencentes Cooperativa

Mista de Produo, Industrializao e Comercializao de Biocombustveis do Brasil

Ltda, com sede em Palmeira das Misses (RS), instaladas nos municpios de Seberi

e Vista Alegre. A Tabela 4 apresenta os valores de rendimento e produtividade

industrial para os trs casos analisados.

Tabela 4 Rendimentos (%) e produtividade industrial (Lt-1de cana-de-acar) de

microdestilarias instaladas no Rio Grande do Sul

EtapasRendimentos (%)

Tecnologia AS Tecnologia AV Tecnologia B

Extrao 79,1 65,0 65,0

Fermentao 85,0 84,6 84,6

Destilao 77,5 57,0 70,3

Perdas de etanol no vinhoto (%)a 17,76 10,81 20,82

Graduao alcolica (GL) 84,00 80,00 90,13

Produtividade Industrial (Lt-1de cana) 59,83 34,87 39,87a Perdas calculadas em relao quantidade de etanol presente no vinho alimentado no

destilador.

Fonte: Dados obtidos em Mayer, Jahn e Bisognin (2010).

As trs microdestilarias avaliadas possuem sistema de extrao de caldo por

um terno de moenda e sistema de fermentao em batelada. Os destiladores

possuem regime de operao contnuo, com capacidade nominal de produo de

etanol combustvel de 25 Lh-1, para os destiladores de Seberi e Vista Alegre (AS e

AV, respectivamente), e 12 Lh-1, para o destilador de Vista Alegre (B), conforme

informado pelos fabricantes.

A partir dos dados apresentados na Tabela 4 possvel verificar que os

rendimentos das etapas de obteno de substrato e fermentao esto de acordocom os valores mximos esperados, conforme exposto no Apndice B. Em relao

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destilao, verifica-se um rendimento muito baixo (entre 57,0 e 77,5 %) em

comparao com o valor mnimo esperado (92,0 %). Esse baixo rendimento torna-se

evidente quando se avaliam as perdas de etanol no vinhoto, que atingiu 20,82 % no

destilador de Vista Alegre (B). Alm disso, a graduao alcolica obtida por tais

destiladores ficou aqum dos 95,1 % em volume exigidos para sua comercializao

(conforme Resoluo ANP n 07, de 09 de fevereiro de 2011). A Tabela 5 apresenta

valores de produtividade industrial encontrados na literatura para doze

microdestilarias.

Tabela 5Produtividade industrial de microdestilarias.

Fonte

Produo

de etanol

(Lh-1)

Matria-prima ATR (%)a

Produtividade industrial (Lt-

de material-prima)

Real Padronizado

Iturra (2004)

70,0 Cana-de-acar 14,5 55,2 53,3

100,0 Cana-de-acar 14,5 57,0 55,0

200,0 Cana-de-acar 13,5 59,5 61,7

Mayer et al.

(2008)

21,6

Cana-de-acar

19,5 59,83 42,2

11,4 19,5 34,87 25,0

6,5 19,5 39,87 28,6

Hulett (1981) 100,0 Cana-de-acar - 50,0 50,0

Gemente et al.

(1982)

100,0

Cana-de-acar 13,5

44,50 46,1

100,0 51,92 53,8

100,0 59,33 61,5

200,0 59,33 61,5

Weschenfelder

(2011)42,0 Sorgo sacarino 10,6 48,85 64,5

aAcares redutores totais. Valores em % ou gramas de ART por 100 g de caldo.bValores padronizados para 14% ATR na matria-prima.


A partir dos dados da Tabela 5 possvel observar que os valores de

produtividade industrial no ultrapassam 65 Lt

-1

de cana-de-acar padronizada,enquanto a mdia nacional da produtividade industrial de 82,0 Lt -1 de cana-de-

acar, considerando uma concentrao de acares totais recuperveis (ATR) de

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14% (MINISTRIO DA AGRICULTURA, 2012). O Apndice B apresenta uma

descrio detalhada sobre o clculo da produtividade industrial.

Os dados das Tabelas 4 e 5 revelam que o maior potencial para melhoria no

incremento do rendimento das microdestilarias encontra-se na etapa de destilao,

uma vez que os rendimentos das etapas de extrao e fermentao esto prximos

de valores mximos possveis. O aumento do rendimento na etapa de destilao

tem grande impacto na produtividade industrial, motivo que justifica especial

ateno.

2.2.2.2 Consumo energtico

O consumo energtico um aspecto relevante na anlise de microdestilarias,

pois impacta significativamente em sua viabilidade econmica. De todas as etapas

industriais, a destilao a que responde pelo maior consumo energtico. Alm

disso, o apelo ambiental que esse sistema de produo possui pode ser ofuscado se

no houver um balano energtico satisfatrio para o processo.

Tecnologias sofisticadas e de maior rendimento trmico, como a destilaodiabtica (DE KOEIJER; RIVERO, 2003), destilao com membrana (BONYADI;

CHUNG, 2007), colunas de destilao com paredes divididas e colunas de

destilao com integrao trmica interna - Internally Heat Integrated Distillation

Column(HIDiC) (OLUJI et al., 2009)ou pervaporao extrativa (THONGSUKMAK;

SIRKAR, 2009), so exemplos de desenvolvimentos que ainda no so utilizados na

pequena escala pelo custo proibitivo e complexidade operacional.

Na maioria dos casos, a fonte energtica para provimento de calor aoprocesso s microdestilarias so combustveis slidos de baixo custo e renovveis,

como os subprodutos do processo (bagao de cana-de-acar), lenha ou outro

resduo agroindustrial, como nos trs primeiros sistemas de aquecimento citados na

Figura 4. O aproveitamento dessas fontes de energia de produo local se alia ao

propsito de sustentabilidade energtica desses sistemas rurais, propsito que

diversas experincias procuraram demonstrar em relao ao consumo de energia

necessrio na produo de etanol em pequena escala.

A Tabela 6 apresenta dados operacionais de doze destiladores em batelada e

contnuos, de onde foi possvel calcular o consumo especfico de energia na

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destilao. Os dados apresentados demonstram a variabilidade dos sistemas de

aquecimento empregados na destilao em microdestilaria, bem como o

combustvel utilizado no fornecimento de energia ao processo.

De um modo geral, o consumo energtico na destilao foi maior para os

destiladores em batelada, o que era esperado. Os consumos especficos de energia

mostrados pelos destiladores 10 e 11 excedem o consumo de alguns destiladores

batelada, possivelmente por falhas de projeto (razo de refluxo muito elevada).

Bengston (1983) apresenta estimativas de consumo de energia para sistemas em

pequena escala batelada e contnuo de 13,65 e 7,96 MJL-1 de etanol anidro

equivalente, respectivamente.

Comparando-se o consumo de energia dos sistemas de destilao em

pequena escala e o apresentado por uma destilaria de grande escala igual a 4,89

MJL-1 de etanol anidro equivalente (SALLA et al., 2009) pode-se afirmar que

existe grande potencial para reduo desse consumo, principalmente para os

sistemas em regime contnuo. Essa reduo pode ocorrer de diversas maneiras:

pelo aumento da concentrao da alimentao at 13 % em volume de

etanol. Concentrao acima de 13 % em volume resulta em pequena

reduo nos custos energticos (COLLURA; LUYBEN, 1988; STAMPEet al., 1983), alm de comprometer a fermentao pela toxicidade do

etanol para boa parte das cepas de leveduras (WALKER, 1998);

pela reduo na concentrao do destilado (ver Tabela 8);

pela integrao energtica, aproveitando-se o calor residual das

correntes de sada (condensado e vinhoto) para o pr-aquecimento da

alimentao;

pela utilizao de tecnologias no tradicionais, como recompresso devapor (COLLURA; LUYBEN, 1988; DIAS et al., 2011; FICARELLA;

LAFORGIA, 1999; FONYO; MIZSEY, 1994) e alimentao dividida

(split feed) (COLLURA; LUYBEN, 1988);

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Tabela 6Dados operacionais de sistemas de destilao em pequena escala contnuos e batelada (continua).

DestiladorRegime

operacional

Dispositivo

de contato

Sistema de

aquecimentoCombustvel

Concentrao

da

alimentao

Concentrao

do produto de

topo

ProdutividadeConsumo

energticob

Fonte

% em volume % em volumeL.h-1

(l/bateladaa)

MJ.L- de

etanol anidro

equivalentec

1 Batelada - Vapord Lenha - 94,00 -e 41,36(CORTEZ; LORA;

GMEZ, 2008)

2 BateladaPrato com

borbulhadores

Sistema de

fluido trmicoLenha 7,3 70,00 12,3 (41) 82,50

(MAYER et al.,

2008)

3

Batelada

Recheio

(prolas de

vidro)

Fogo direto

Lenha 12 85,00 11,2 (28) 21,45

(NOGUEIRA, 2008)4

Bagao de

cana-de-

acar

29g 89,00 11,72 (85) 17,74h

5 Batelada

Recheio

(anis de

taquara-

bambu)

Fogo direto Lenha 6,0 a 8,0 92,00 12,0 (12) 114,40 (HOFFMANN, 1985)

6

Contnuo - Injeo devapor

Carvomineral

7,0

-

51 5,00

(STAMPE et al.,1983)

7 10,0 76 3,80

8 13,0 98 3,20

9 ContnuoPrato com

borbulhadoresVapor Lenha 10,5 84,00 21,6 13,68

(MAYER et al.,

2008)

7/24/2019 000948260

56/194

56

Tabela 6Dados operacionais de sistemas de destilao contnuos e batelada (continuao).

10

Contnuo

Prato com

borbulhadores

Vapor

(trocador de

calor)

Lenha 9,18 80,00 11,43 67,22

11

Prato

perfurado

sem

downcomer

Injeo de

vaporLenha 9,81 90,13 6,54 80,15

12 Contnuo

Prato

perfurado

sem

downcomer

Injeo de

vaporLenha 9,50 95,40 42,0 13,31

(WES

000948260

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