Tabela de Distribuição Normal

PROPOSTA DE DESENVOLVIMENTO DE ESTRATÉGIAS DE OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ETANOL DE UMA MICRODESTILARIA

R. Atanázio¹,²

[e-mail]

¹PEI-EP-UFBA, Rua Prof. Aristides Novis, nº 2, Federação, CEP: 40210-630, Salvador-BA, Brasil.

²IFAL – Campus Penedo, Av. Engº. Joaquin Gonçalves, s/n, Lot. São José, CEP 57200-000, Penedo-AL, Brasil

RESUMO - O Brasil é o maior produtor de etanol de cana-de-açúcar do mundo e Alagoas se destaca como o principal estado produtor da região nordeste do país, tendo sua economia bastante influenciada pelo setor sucroalcooleiro. Fatores como o custo de produção e a crescente demanda pelo biocombustível, renovável e ambientalmente correto, têm levado a indústria do etanol a buscar cada vez mais otimizar seus processos de produção. Este trabalho tem por objetivo desenvolver estratégias de otimização do processo de produção de etanol utilizando uma microdestilaria desenvolvida pelo SENAI. Para tal, serão realizados ensaios experimentais com perturbações do processo para verificar a dinâmica da microdestilaria; será feito planejamento experimental para identificar as melhores condições de processo, visando a obtenção de etanol hidratado dentro das especificações da ANP e redução da perda e volume da vinhaça gerada; será construído e validado um modelo matemático para a microdestilaria através da comparação entre os dados experimentais e os previstos pelo modelo. Assim, espera-se obter as condições ótimas de operação da planta e consequente melhoria na produção da mesma, além de encontrar estratégias de otimização que possam ser aplicadas em plantas industriais. Espera-se também consolidar a utilização da microdestilaria como instrumento de pesquisa para melhorias no processo de fermentação e destilação e contribuir com dados científicos e publicações na área de produção de etanol.

Palavras Chaves: Otimização, Etanol, Fermentação, Destilação, Microdestilaria.

1        INTRODUÇÃO

O custo da matéria prima, leis ambientais severas, custos operacionais e a concorrência globalizada têm levado cada vez mais a indústria química a otimizar seus processos buscando maior aproveitamento da matéria-prima e maior produtividade dos equipamentos envolvidos no processo de fabricação (UNTERLEIDER; CATEN, 2006).

No processo industrial de produção de etanol a partir da cana-de-açúcar, o caldo é extraído, tratado e enviado para a etapa de fermentação onde ocorre a transformação do açúcar em etanol através de leveduras que fazem o processo fermentativo. Nessa etapa vários fatores influenciam o seu andamento e rendimento tais como o pH, temperatura, concentração de substrato, celular, etanol, entre outros. Após a fermentação, o vinho fermentado é centrifugado e enviado para a etapa de destilação que também influenciada por alguns fatores tais como a pressão, vazão, temperatura e taxa de refluxo.

Apesar de ser referência mundial na produção de etanol, o Brasil ainda carece de desenvolvimento tecnológico no setor. Os desenvolvimentos tecnológicos a curto e médio prazo na área industrial indicam como mais viáveis e promissoras, entre outras áreas, as áreas de melhorias nos sistemas de fermentação e destilação e redução do volume de vinhaça gerada (Biorrefinaria, 2014).

Várias pesquisas na área de produção de açúcar e etanol já foram desenvolvidas, porém poucas destas são aplicadas nas indústrias por serem realizadas apenas em escala de laboratório, fato que atrapalha a aplicação em escala industrial. Entre as dificuldades encontradas para a aplicação nas plantas industriais está a inviabilidade de fazer testes em grande escala, pois envolve quantidades altíssimas de matéria-prima e produtos e consequentemente custos elevados.

A utilização de uma microdestilaria que simula todo o processo industrial de produção de etanol hidratado em pequena escala apresenta-se como alternativa para ajuste das condições ótimas das variáveis de processo, pois os custos com matéria-prima e produtos são baixíssimos, encorajando a aplicação de dados de pesquisas pela indústria.

Neste contexto, apresentamos uma proposta de desenvolvimento de estratégias de otimização do processo de produção de etanol de cana-de-açúcar através da utilização de uma microdestilaria instalada no Laboratório de Processos Industriais do Instituto Federal de Alagoas – Câmpus Penedo. Para a apresentação da proposta foi feito um levantamento de artigos científicos na área de otimização do processo de produção de etanol de cana-de-açúcar e análise dos desafios atuais no cenário industrial.

2        REVISÃO DA LITERATURA

2.1        Etanol

Quimicamente, álcool é um termo genérico aplicado a uma série de compostos formados por átomos de hidrogênio e carbono ligados a um ou mais grupos hidroxila. Na prática, contudo, o termo álcool é a nomenclatura comum do álcool etílico ou etanol, cuja fórmula molecular é C2H5-OH (LIMA et al., 2001). Na produção do etanol, no entanto, é necessário diferenciar o etanol anidro (ou álcool etílico anidro) do etanol hidratado (ou álcool etílico hidratado). Segundo a UNICA (2007), a diferença entre o etanol hidratado e o anidro aparece apenas no teor de água contida no mesmo. O etanol anidro tem o teor de água em torno de 0,5%, em volume, enquanto o etanol hidratado, vendido nos postos de combustíveis, possui cerca de 5% de água, em volume.

O etanol não é encontrado espontaneamente na natureza, podendo ser obtido por diferentes processos, a partir de diversas fontes. Segundo Canova (2011), o etanol pode ser obtido por síntese química e por fermentação. Na síntese química, o etanol é produzido por hidrocarbonetos insaturados, como eteno e etino, e de gases de petróleo e hulha e, neste caso, o etanol obtido não é proveniente de matéria-prima renovável e nem pode ser considerado como combustível alternativo. Segundo o autor, a via fermentativa é o método utilizado na obtenção de etanol no Brasil e na maior parte dos países do Mundo. No Brasil, a biomassa é a fonte de maior significância, onde se destaca a cana-de-açúcar como matéria-prima para fermentação etanólica pelas leveduras Sacharomyces sp.(LIMA et al., 2001), porém o etanol também pode ser produzido a partir de polissacarídeos, como o amido e a celulose, que são quebrados em monossacarídeos para, então, serem metabolizados para o etanol (DODIC et al., 2012).