PROJETO DE DESTILADOR CONVENCIONAL: ETANOL A PARTIR DO SORO LÁTICO

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

CURSO ENGENHARIA AMBIENTAL

 

 

 

 

 

 

 

MARCOS HENRIQUE

NATALIA ANDERLONI

RAQUEL BARROSO DE OLIVEIRA

ROBERTA PINHEIRO

 

 

 

 

 

 

PROJETO DE DESTILADOR CONVENCIONAL: ETANOL A PARTIR DO SORO LÁTICO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 FRANCISCO BELTRÃO

2019

1. INTRODUÇÃO

A destilação simples é uma operação unitária utilizado para separação líquido/vapor. Ao ser fornecido calor a mistura líquida, consegue-se promover a sua vaporização parcial, obtemos duas fases, uma líquida, onde a volatilidade é menor, e a outra em estágio de vapor, onde sua volatilidade é maior. (ARAÚJO, 2013)

Quando uma mistura líquida de dois componentes voláteis é aquecida, o vapor produzido terá uma maior concentração no componente mais volátil (de menor ponto de bolha) do que o líquido em que estava presente. De outra forma, se o vapor é resfriado, o componente menos volátil (de maior ponto de bolha) tem a tendência em condensar em uma proporção maior do que o componente mais volátil (MAYER, 2010).

2.      INDÚSTRIA

         O soro de queijo é um resíduo oriundo das fábricas de queijo, possui difícil biodegradabilidade, elevada carga orgânica e alto valor nutricional, o tornando um substrato atraente para sua utilização em processos fermentativos para obtenção de vários produtos, como ácido láctico, butanol e etanol, entre outros (ARAÚJO, 2013). Sua composição é variável pois depende dos processos tecnológicos, tipos de leite utilizado e a própria diversidade de queijo que pode ser produzida (OLIVEIRA, 2009). Por manter as características do leite, o soro é composto por proteínas, principalmente, sendo a lactoglobulina (50%) a mais abundante (FiB, 2017).

Sabendo que uma das preocupações mundiais é o suprimento de energia para as próximas décadas, operações com matérias-primas disponíveis na região produtora é uma opção para usinas de etanol, já que a cana-de-açúcar é uma cultura sazonal e há um aumento da perspectiva do consumo do mesmo. Uma alternativa para esse fato é o uso do soro do leite para produção de etanol (ARAÚJO, 2013).

As leveduras e algumas bactérias fermentam açucares, produzindo álcool etílico e gás carbônico (CO2), processo denominado fermentação alcoólica. O processo foi conduzido em sistema de batelada simples constituído de biorreatores (recipientes de polietileno adaptados com torneiras) com volume útil de 100 litros. A temperatura média será de 26ºC com o acompanhamento a cada 4 horas, posteriormente verifica-se os parâmetros: teor alcoólico, concentração de biomassa, sólidos solúveis, pH e acidez total (ARAÚJO, 2013).

3.    DIMENSIONAMENTO

Ao analisar o percentual alcoólico do liquido fermentado, estimou-se que a cada 50 mL destilado se obtém 4,9 mL de álcool, ou seja, 9,8% (ARAÚJO, 2013).

O etanol () possui massa molar de 46g/mol e pressão de vapor () de 60 mmHg em 26ºC. Como 46g de etanol equivale a 1 mol, então a fração molar do etanol nesse caso é dada por:[pic 1][pic 2]

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Com isso descobriu-se a pressão parcial () de vapor da solução ideal, sendo:[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

O soro, por sua vez, sendo constituído principalmente pela proteína lactoglobulina, possui massa molar de, aproximadamente, 20.900 g/mol e pressão de vapor () de 4.500.382,8 mmHg em 85ºC. Assim, sua fração molar é dada por:[pic 10]

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E a pressão parcial () de valor da solução ideal é:[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

Com isso, a volatilidade relativa é definida por:

[pic 18]

Para gerar 100 L de etanol, com 85% de eficiência, tem-se:

    →       →   [pic 19][pic 20][pic 21]

Como a caldeira é alimentada com 75 L a cada hora, então:

    →   [pic 22][pic 23]

Ou seja, 1.020,408L de soro de queijo geram, no mínimo, 85 L de etanol em, aproximadamente, 13 horas e meia.

4.      INTERESSE AMBIENTAL

Como o soro do queijo é um poluidor hídrico pois é um resíduo de elevada carga orgânica e de difícil biodegradação, sua descarga em cursos d’água pode provocar a destruição da flora e fauna devido à sua alta Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) (VÉRAS, 1997). Por isso ele deve receber tratamento antes de chegar ao cursos d’água, deve- se seguir então a resolução CONAMA 430 de 13 de Maio de 2011 que “Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA”.

O soro do queijo é mais poluidor que o esgoto doméstico, pois possui um BBO entre 30 a 50 g de oxigênio, este valor é aproximadamente 100 vezes maior que o do esgoto doméstico. Uma fábrica com produção média de 10.000 L de soro/dia polui o equivalente a uma população de 5.000 habitantes (SIQUEIRA, 2002).

Como os componentes do soro possui uma alta carga orgânica que ao ser despejado no ambiente aquático consome uma grande taxa de oxigênio, acaba resultando que os microrganismos reduzem a taxa de teor de oxigênio dissolvido e aumenta a acidez da água, prejudicando assim a vida aquática provocando assim o processo conhecido como eutrofização (RICHARDS, 2002).

O soro em outros países é utilizado na alimentação humana, já no Brasil pode ser destinado ao consumo dos animais ou o pior descarte que é o meio ambiente (SANTOS, 2001).  

De acordo com a lista positiva do IAP, uma empresa de laticínios necessita obrigatoriamente de um licenciamento ambiental, porém o empreendimento necessitar também de elaboração de um Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e de um Relatório de Impactos Ambientais (RIMA). Se o empreendimento fazer utilização de destiladores será necessário a elaboração do EIA/RIMA. (Conama 1/86).