Desidratação de álcool em peneiras moleculares. Importância do Álcool Anidro

Desidratação de álcool em peneiras moleculares.

Importância do Álcool Anidro.

O álcool etílico (etanol) anídrico é amplamente utilizado na indústria química como matéria prima para a fabricação dos ésteres e dos éteres, de solventes, tintas e vernizes, de cosméticos, de pulverizadores, dentre outros. Além disso, é utilizado como aditivo oxigenante à gasolina, proporcionando o aumento da octanagem e redução das emissões dos gases precursores do efeito estufa, conforme demandado para alguns países pelo Protocolo de Quioto (ALESSI, 2004).

Atualmente está em vigor a Portaria 678 de 31/08/2011, do Ministério De Estado Da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), que aprova a fixação do percentual obrigatório de adição de etanol anidro combustível à gasolina em 20%. (http://www.br.com.br). Entretanto a partir de 1º de maio de 2013 o percentual obrigatório passará a ser de 25 %, com o objetivo de reduzir o impacto do aumento da gasolina e do diesel, realizado também no fim de janeiro, já que o etanol anidro é mais barato do que o combustível fóssil. (http://exame.abril.com.br/)

Visão Geral do Processo de Obtenção do Etanol.

Etanol é produzido a partir da fermentação alcoólica de açúcares obtidos da cana de açúcar, portanto a produção do mesmo inicia-se com o plantio, cultivo da cana, colheita e posteriormente o envio da matéria prima para as usinas sucroalcooleiras.

A Figura 1 apresenta o diagrama do processo de produção do etanol.

Figura 1: Produção do Etanol

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Fonte: http://www.simtec.com.br

Durante a fabricação do álcool destacam-se os processos:

• Extração do Caldo

A cana passa por um processo de lavagem e em seguida passa por moendas que deslocam o caldo separando-o das fibras.

• Tratamento do Calco

O caldo passa por um tratamento com leite de cal denominado calagem, após o qual passa por uma filtragem e para tanques de decantação.

• Preparo do Mosto

Mosto é uma mistura de mel, xarope e caldo clarificado. Sua concentração é definida conforme a produção pretendida e a capacidade de fermentação da levedura.

• Fermentação

Fermentação alcoólica é um fenômeno através do qual os açúcares, são transformados em álcool, gás carbônico e energia, por ação de leveduras. Deseja-se de um processo fermentativo um elevado rendimento, uniformidade de metabólitos pela levedura e uma qualidade ótima do produto final, denominado vinho.

• Destilação

É o processo pela qual se vale da diferença do ponto de ebulição para a separação de um ou mais composto de uma mistura. É um processo que visa separar o álcool etílico de voláteis que o acompanham no vinho. Quando o vinho é submetido ao processo de destilação, resulta em duas frações, o flegma e a vinhaça. A vinhaça é o resultado da destilação do vinho. Sua riqueza alcoólica deve ser nula, porem nela se acumulam todas as substancias fixas do vinho, bem como uma parte das voláteis.

Após a destilação o vinho é basicamente etanol hidratado com concentração volumétrica próxima de 97,2%. O processo de destilação não consegue retirar mais água da mistura, pois a mistura formada é azeotrópica.

Em uma mistura azetrópica (azeotropo) ambos os componentes da mistura possuem um mesmo ponto de ebulição e são encontrados na fase vapor e na fase líquida da mistura, o que impede a separação dos mesmos por meio de destilação. (SMITH, 2003).

A Figura 2 apresenta o diagrama de fases da mistura etanol-água, assim como os pontos de bolha (vermelho) e de orvalho (azul) para a mistura em diferentes frações molares de etanol.

Figura 2: Diagrama Binário Etanol-Água

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Fonte: http://labvirtual.eq.uc.pt

A Figura 2 também relaciona dados experimentais (círculos) com um modelo matemático de previsão de comportamento da mistura.

Obtenção do Etanol Anidro

A desidratação do etanol é uma preocupação antiga. Em 1950 foi desenvolvido e aplicado um processo de destilação extrativa que desidratava o etanol de forma contínua, utilizando como solvente, o glicerol. Devido a diversos problemas tais como: polimerização e degradação do glicerol, equipamentos e processo de tecnologia ultrapassada, problemas de automação existentes; esse processo caiu em desuso. Até meados dos anos 70, este foi utilizado com sucesso por algumas usinas brasileiras mais tradicionais, que foi também abandonado em virtude da aplicação dos processos e técnicas usadas, que utilizavam como desidratante o perigoso e antieconômico benzeno na destilação azeotrópica (SMITH, 2003).

O benzeno foi utilizado como solvente na separação do etanol da água durante muitos anos. Por ser um composto potencialmente cancerígeno, seu uso foi proibido e a partir de 1997 tornou-se obrigatório o uso de outros métodos de desidratação do etanol. Atualmente, por utilização da infraestrutura pré-existente nas usinas, a maior parte dos produtores de etanol anidro utilizam o processo de destilação azeotrópica com cicloexano. Assim, outros processos têm sido propostos ao longo dos anos para desidratar o etanol (SMITH, 2003).

Peneiras Moleculares

O princípio de desidratação de álcool através de Peneira Molecular está baseado na capacidade de adsorção seletiva da zeólita. (HABERT, 2006).

Para o processo de desidratação do Etanol é utilizada a zeólita do tipo A (potássio alumino silicato), com aberturas de 3 Angstroms de espessura, devido ao cátion potássio, o que permite a adsorção das moléculas de água que possuem 2,8 Angstroms de diâmetro, mas é muito pequeno para as moléculas de etanol que possuem 4,4 angstroms de diâmetro. Portanto o processo consiste na retenção das moléculas de água pela zeólita. É este método seletivo das peneiras moleculares o responsável pelo termo “peneira” em sua denominação. No processo de purificação do álcool hidratado, a adsorção é um tipo de interação física, que pode ser rapidamente formada e desfeita (HABERT, 2006).