Destilação do Etanol

Livro capa dura 489 Páginas

Edição: 1

Ano da Publicação: 2020

1 Álcool Etílico, ou Etanol

2 Alcoometria

3 Propriedades Físico-Químicas do Álcool Etílico

4 Vinhos para destilação alcoólica produzidos a partir de produtos da cana-de-açúcar

4.1 Grau alcoólico do vinho
4.2 Temperatura do vinho na entrada da destilação
4.3 Aquecimento do vinho antes de entrar na destilação
4.4 Depuração dos vinhos

5 Nomenclatura das colunas e seus acessórios
5.1 Colunas
5.2 Acessórios pendurados nas colunas
5.3 Condensadores
5.4 Outros acessórios
5.5 Instrumentos
5.6 Linhas / conexões entre equipamentos
5.7 Comentários

6 Princípios da Destilação Alcoólica
6.1 Fundamentos da destilação
6.2 Quociente de Equilíbrio
6.3 Volatilidade Relativa
6.4 Fração (Concentração) Molar
6.5 Diagrama de equilíbrio
6.6 Diagrama de equilíbrio etanol-água
6.7 Estágios de equilíbrio
6.8 Fracionamento
6.9 Diagrama de McCabe-Thiele
6.10 Fundamentos do diagrama McCabe-Thiele
6.11 Interpretação das linhas geradas pelas equações do diagrama de McCabe-Thiele
6.12 Razão de Refluxo Mínima
6.13 Cálculo da razão de refluxo mínima utilizando a Eq. (6.25)
6.14 Efeito da injeção direta de vapor na coluna
6.15 Efeito da pressão no equilíbrio etanol-água

7 Aparelho de destilação para álcool etílico
7.1 Aparelho de destilação para álcool
7.2 Diâmetro de uma coluna
7.3 Internos de Colunas
7.3.1 Bandejas (Pratos)
7.3.1.2 Bandejas perfuradas
7.3.1.3 Bandejas valvuladas
7.3.1.4 Incrustações e/ou depósitos de sólidos em suspensão nas bandejas da coluna destiladora
7.3.1.5 Configuração das bandejas
7.3.1.6 Fluxo do líquido na bandeja
7.3.1.7 Hidráulica da bandeja
7.3.1.8 Número de estágios (bandejas ou pratos) de uma coluna
7.3.1.9 Espaçamento entre bandejas
7.3.1.10 Fixação das bandejas no costado da coluna
7.3.1.11 Conexão entre gomos através de flanges
7.3.1.12 Nivelamento das bandejas
7.3.2 Vertedores (downcoming)
7.3.3 Estabilidade operacional em uma coluna de bandejas
7.4 Eficiência de separação em uma bandeja
7.5 Bocais nas colunas
7.5.1 Bocal para saída de vapor alcoólico na cabeça da coluna
7.5.2 Bocal de entrada para refluxo na cabeça de coluna
7.5.3 Bocal para a retirada do álcool no topo da retificadora, ou similar
7.5.4 Bocal para a introdução de solução de soda cáustica
7.5.5 Bocais para a retirada dos álcoois superiores
7.5.6 Bocal para a entrada do flegma líquido oriundo dos condensadores da coluna C10 / C11
7.5.7 Bocal para entrada do vapor de aquecimento
7.5.8 Bocais de visita para a entrada nas bandejas
7.5.8.1 Coluna destiladora e depuradora
7.5.8.2 Coluna retificadora ou similar
7.6 Pasteurização do álcool

8 Controle operacional de um Aparelho Destilação
8.1 Colocação em marcha de um Aparelho de Etanol Hidratado que opera com as colunas C10/C11 e C40, em pressão atmosférica.
8.2 Comportamento irregular da Coluna C40
8.3 Parâmetros de operação das colunas
8.4 Controle automático da pressão nas colunas
8.5 Controle automático da alimentação de vinho
8.6 Controle automático da retirada do álcool hidratado da coluna C40
8.7 Condensadores
8.8 Perdas de álcool na vinhaça e flegmaça
8.9 Retirada de óleo fúsel (álcool isoamílico, álcool superior pesado, ou ainda óleo pesado) e de álcoois superiores leves (propanol, isobutanol)
8.9.1 Retirada de álcoois superiores leves
8.10 Fabricando álcool de melhor qualidade, não combustível
8.11 Paradas e anormalidades eventuais na operação
8.12 Liquidação no final da campanha (safra)
8.13 Histórico de anomalias no aparelho

9 Condensadores
9.1 Condensação fracionada
9.2 Detalhes de projeto para condensadores tubulares (casco- -tubos). Coeficiente de transmissão de calor na condensação
9.3 Circulação da água nos condensadores
9.4 Carga de condensação nos condensadores
9.5 Garrafa de coleta dos condensados, respiro, no último condensador
9.6 Condensadores para a Coluna Destiladora/Depuradora
9.7 Condensadores para a Coluna Retificadora C40
9.8 Pressão no topo da retificadora C40, ou de qualquer outra coluna que não seja a destiladora C10
9.9 Condensadores para uma coluna hidrosseletora C30, ou para uma coluna afinadora C50
9.10 Condensadores para uma coluna de recuperação do terceiro componente da desidratação azeotrópica, ou para uma coluna de reconcentração do flegma obtido na regeneração de uma peneira molecular
9.11 Junção dos respiros de todos os últimos condensadores
9.12 Saída dos compostos malcheirosos dos respiros dos condensadores
9.13 Retorno de condensado alcoólico subresfriado ao topo da retificadora
9.14 Ausência de um condensador esquenta vinho na retificadora e aquecimento do vinho através de um trocador de calor para o resfriamento da vinhaça
9.15 Quando os condensadores estão mais altos que as colunas
9.16 Respiro na tubulação de retorno da água de resfriamento para a torre de resfriamento
9.17 Balão coletor de álcool condensado com controle de nível
9.18 Dificuldade na condensação
9.19 Teste rápido para verificar se há tubo furado nos condensadores
9.20 Exemplo de cálculo para condensadores de um aparelho para produzir 600 m³/dia (25 m3/h) de álcool hidratado combustível a 95,6%v (93,2%m)
9.21 Perda de carga na circulação do vinho ou da água nos condensadores
9.22 Perdas de carga nas linhas de conexão aos condensadores e entre condensadores
9.23 Pressão na cabeça da C40
9.24 Condensadores tipo placa

10 Aquecimento de colunas
10.1 Consumo de vapor quando as colunas operam sob pressão atmosférica
10.2 Consumo de vapor quando as colunas C10 e C40 operam no sistema Flegstil, ou seja, como uma coluna em continuidade à outra, como se fora uma única coluna
10.3 Consumo de vapor quando a coluna destiladora C10 e a retificadora C40 operam em cascata (duplo efeito), neste caso, a C10 opera sob vácuo
10.4 Consumo de vapor num conjunto C10 e C40 operando sob vácuo moderado de 0,7 bar, alimentada com flegma vapor de uma C10, com aquecimento direto com vapor de 0,2 barg
10.5 Consumo de vapor na C10, quando o flegma é condensado
10.6 Consumo de vapor na C40 operando em pressão atmosférica e alimentada com flegma condensado
10.7 Consumo de vapor numa coluna hidrosseletora C30
10.8 Consumo de calor numa coluna afinadora C50
10.9 Resumo do Consumo de Vapor, para vinho com GA de 10%v
10.10 Aquecimento indireto das colunas
10.10.1 Termosifão ou refervedor (reboiler vertical)
10.10.2 Refervedor tipo filme descendente (Falling Film FF)
10.10.3 Refervedor tipo calândria

11 Acessórios dos Aparelhos de Destilação
11.1 Aquecimento direto de uma coluna
11.2 Aquecimento indireto de uma coluna
11.2.1 Refervedor vertical
11.2.3 Refervedor horizontal
11.2.4 Refervedor interno
11.3 Trocador de calor vinho-vinhaça
11.4 Saída de vinhaça e flegmaça
11.5 Resfriamento do álcool
11.6 Separador lavador de óleo fúsel
11.7 Válvulas
11.7.1 Válvula quebra vácuo
11.7.2 Válvulas de bloqueio
11.7.2.1 Válvulas gaveta para o vapor de aquecimento
11.7.2.2 Válvulas esfera/Válvula borboleta tri-excêntrica
11.7.2.3 Válvulas borboleta
11.7.3 Válvula de segurança (alívio)
11.8 Juntas de vedação
11.8.1 Junta para interligação entre gomos de uma coluna
11.8.2 Juntas para uso geral na área da destilação
11.9 Instrumentos de monitoração e controle/ Monitoramento/Painel de controle
11.9.1 Transmissores de Pressão (PT)
11.9.2 Transmissores de Temperatura (TT)
11.9.3 Transmissores de Nível (LT)
11.9.4 Medidor de vazão mássica Coriolis
11.10 Garrafa de medição de pressão
11.11 Monitoramento da temperatura
11.12 Retirada de amostras para controle (álcool, flegma, perdas)
11.13 Bombeamento de álcool e de líquidos alcoólicos

12 Purificação do álcool
12.1 A importância dos condensadores
12.2 Impurezas / congêneres mais comuns no álcool
12.3 Álcool Hidratado Industrial
12.4 Álcool Hidratado Neutro
12.4.1 Tecnologia para a fabricação de Álcool Neutro
12.4.2 Requisitos mínimos necessários para as quatro Colunas utilizadas
12.4.2.1 Coluna Destiladora Coluna C10
12.4.2.2 Coluna Hidrosseletora Coluna C30
12.4.2.3 Coluna Retificadora Coluna C40
12.4.2.4 Coluna Afinadora (Demetilizadora ou de Repasse) Coluna C50
12.4.2.5 Requisitos adicionais

13 Destilação não convencional
13.1 Destilação sob vácuo
13.2 Destilação em sistema de colunas multi-pressurizadas
13.3 Utilização do vapor alcoólico do topo da retificadora C40 para o aquecimento da coluna desidratadora C50 na desidratação azeotrópica
13.4 Para reflexão

14 Redução, concentração da Vinhaça
14.1 Quantidade de resíduos líquidos produzidos na destilação do Etanol
14.2 Mosto para a fermentação
14.3 Brix da Vinhaça
14.4 Alternativas para a redução do volume de vinhaça
14.5 Recirculação da Vinhaça
14.5.1 Brix da vinhaça reciclada
14.5.2 Brix do mosto preparado com vinhaça reciclada
14.5.3 Brix do produto açucarado utilizado no preparo do mosto
14.5.4 Comentários sobre a recirculação da vinhaça
14.6 Concentração da vinhaça

15 Desidratação do Álcool
15.1 Álcool Hidratado
15.2 Processos de desidratação
15.3 Desidratação pelo processo azeotrópico por ciclo-hexano
15.3.1 Composição do ternário e das fases da separação, %m
15.3.2 Balanço de Massa na Desidratação Azeotrópica pelo Ciclo-hexano
15.3.4 Balanço de Massa para a Seção de Esgotamento na Coluna de Recuperação.
15.3.5 Consumo de vapor na desidratação azeotrópica pela CH
15.3.6 Carga térmica nos condensadores para a desidratação pelo CH
15.3.7 Decantador Separador de Fases
15.3.8 Carga de CH na Coluna Desidratadora C50 para a partida. Consumo de CH para manter a carga na coluna
15.3.9 Detalhes das colunas C50 e C60 para as capacidades requeridas
15.3.10 Procedimento Operacional para a Desidratação Azeotrópica
15.3.10.4 Operação das colunas
15.3.10.4.1 Decantador-Separador de Fases
15.3.10.4.2 Coluna C50
15.3.10.4.3 Coluna C60
15.3.10.4.4 Parâmetros de operação das colunas
15.3.10.4.5 Condensadores
15.3.10.5 Paradas normais de operação/ Retomada para operação
15.3.10.6 Perda de pressão nas colunas por pressão baixa do vapor
15.3.10.7 Perda de Energia ou parada mais prolongada
15.3.10.8 Liquidação Final de Operação (Final de Safra)
15.4 Desidratação pela Peneira Molecular (Molecular Sieve)
15.4.1 Princípio de funcionamento de uma peneira molecular
15.4.2 Princípios básicos da desidratação por Peneira Molecular
15.4.3 Sistemas de desidratação por Peneira Molecular (PM)
15.4.3.1 A desidratação por Peneira Molecular no Brasil
15.4.3.2 Processo aqui denominado europeu
15.4.3.3 Processo europeu introduzido no Brasil
15.4.4 Sistemas de reconcentração do flegma
15.4.4.1 Processo atmosférico
15.4.4.2 Processo pressurizado
15.4.4.3 Processo sob vácuo
15.4.5 Consumo de vapor
15.4.6 Consumo de Água para resfriamento nos condensadores
15.4.7 pH do Álcool Hidratado
15.4.8 Comissionamento / Preparação para a Operação de uma Peneira Molecular
15.4.9 Pré-Operação
15.4.9.1 Teste para verificação de vazamentos no circuito do álcool (teste de pressão)
15.4.9.2 Teste para verificação de vazamentos no circuito de flegma
15.4.9.3 Teste para verificação de vazamentos no circuito que receberá vácuo
15.4.9.4 Teste de Desempenho do Programa
15.4.9.5 Colocação da zeólita nas colunas CD-1 e CD-2
15.4.10 Operação da Peneira Molecular
15.4.10.1 Pré-aquecimento quando as colunas CD-1/ CD-2 estão frias
15.4.10.2 Partida para a desidratação
15.4.10.3 Controle da água aos Condensadores
15.4.10.4 Observações importantes para operação da Peneira Molecular
15.4.10.5 Paradas da operação
15.4.10.6 Reconcentração do Flegma na Coluna CLRE

16 Características de Álcool segundo suas aplicações. Especificações

17 Segurança na destilaria
17.1 Riscos decorrentes da edificação
17.2 Riscos inerentes ao equipamento do processo
17.3 Riscos decorrentes manutenção mecânica
17.4 Riscos elétricos
17.5 Riscos operacionais
17.6 Proteção contra incêndios
17.7 Dispositivos de alívio
17.8 Gestão de riscos

18 Conceitos físicos úteis na destilação
18.1 Ponto de ebulição, ponto de bolha (bubble point)
18.2 Ponto de orvalho (dew point)
18.3 Equilíbrio líquido-vapor, condições
18.4 Variação da temperatura de ebulição de um líquido em função da pressão barométrica
18.5 Variação da pressão barométrica em relação a altitude acima do nível do mar
18.6 Vapor saturado e vapor superaquecido
18.7 Pressão / Temperatura no lado vapor de um trocador de calor
18.8 Coeficientes práticos de transferência de calor em aparelhos de destilação
18.9 Diferença de temperatura (t)
18.10 Cálculo de tubulações fluindo vapores alcoólicos
18.11 Bombeamento
18.12 Cavitação
18.13 Buscar os fundamentos, compreender, antes de fazer alguma alteração no equipamento

19 Mistura de Etanol à gasolina

19.1 Equilíbrio do Álcool Etílico Hidratado com a gasolina
19.2 Colocação do Óleo fúsel ao Álcool

20 Bibliografia

21 Tabelas

22 Índice remissivo