Produção Industrial de Etanol a partir da Fermentação da Cana-de-Açúcar

Produção Industrial de Etanol a partir da Fermentação da Cana-de-Açúcar

(Parte 1 de 4)

SÃO MATEUS, 2010

1. Resumo4
2. Introdução5
3. Revisão Bibliográfica10
3.1. Corte da cana10
3.2. Transporte10
3.3. Recepção de Cana10
3.4. Estocagem10
3.5. Preparo de Cana1
3.6. Extração do caldo1
3.6.1. Moagem1
3.6.2. Peneiramento12
3.6.3. Embebição12
3.7. Tratamento do caldo13
3.7.1. Sulfitação13
3.7.2. Calagem13
3.7.3. Aquecimento, decantação e resfriamento13
3.7.4. Pré-evaporação14
3.7.5. Preparo do mosto14
3.7.6. Preparo do fermento14
3.7.7. Tratamento do fermento15
3.8. Fermentação15
3.9. Centrifugação do vinho16
3.10. Destilação16

SUMÁRIO 3.1. Desidratação .................................................................................................... 17

3.12. Armazenamento do álcool17
3.13. Fluxograma referente à produção industrial de etanol17
4. Metodologia de Cálculo18
5. Balanços de Massa19
6. Balanços de Energia27
7. Conclusão29
8. Referências Bibliográficas30

4 1. RESUMO

O etanol (CH3CH2OH), também chamado álcool etílico ou, simplesmente, álcool, é largamente utilizado como combustível, desinfetante doméstico e solvente orgânico, além de ser empregado na indústria de perfumaria e farmacêutica. No Brasil, o etanol é obtido através do processo fermentativo da cana-de-açúcar, e sua importância é destacada como combustível de automóveis, constituindo assim um mercado em ascensão para um combustível obtido de maneira renovável e o estabelecimento de uma indústria química de base, sustentada na utilização de biomassa de origem agrícola e renovável.

5 2. INTRODUÇÃO

A cronologia das indústrias de açúcar e de álcool no Brasil inicia-se na época do descobrimento. É suposto que a produção de álcool iniciou na Capitania de São Vicente, uma vez que naquela região foi montado o primeiro engenho de açúcar do país em 1532. Transformava-se o melaço residual da fabricação do açúcar em cachaça e, diretamente da garapa fermentada produzia-se aguardente. Por séculos, as bebidas destiladas foram o único álcool produzido.

Em meados do século XIV a indústria de etanol desenvolveu-se na Europa a partir do aprimoramento das técnicas de fermentação alcoólica, de destilação e de construção de aparelhos de destilação. No final desse século iniciou-se a produção de álcool etílico no Brasil, com as sobras de melaço da indústria do açúcar, que ampliava sua capacidade produtiva. Utilizava-se o etanol para fins farmacêuticos, para a produção de alguns produtos químicos derivados, para bebidas e como fonte de energia térmica, por combustão, em algumas atividades.

A I Guerra Mundial contribuiu para o desenvolvimento da produção em grande escala.

Naquele período utilizou-se o álcool como combustível líquido de motores a explosão. Em 1929 a grande crise internacional colocou em xeque as economias de todos os países e, no Brasil, a indústria açucareira não ficou a salvo. Sobrava açúcar e cana e faltavam divisas para a aquisição de combustível líquido. A primeira destilaria de álcool anidro foi instalada e o Governo Federal, em 1931, estabeleceu a obrigatoriedade da mistura de etanol à gasolina, como medida de economia na importação de combustível a para amparar a lavoura canavieira, contudo, por muitos anos não houve álcool suficiente para misturar a todo combustível consumido.

Durante a I Guerra Mundial, de 1939 a 1945, faltou gasolina e fez-se necessário substituí-la por gasogênio ou álcool. Terminada a guerra, voltou à importação de gasolina e o combustível alternativo perdeu sua importância. Entretanto, continuou-se a misturar etanol à gasolina em larga escala.

A crise internacional do petróleo que se deflagrou em 1974, fez com que se iniciasse, no

Brasil, uma nova fase na produção de etanol. Na busca de alternativas para combustível líquido, o álcool adquiriu uma importância sem paralelo através do plano de desenvolvimento da produção de álcool no Brasil, denominado de Proálcool; a partir dessa época a gasolina combustível passou conter 2% de álcool etílico em volume. Com a utilização desse combustível alternativo, ampliou-se o parque canavieiro, fez-se a modernização das destilarias anexas, a instalação de unidades autônomas, a criação de grande número de empregos diretos e indiretos e uma rápida e importante evolução na construção de motores para esse combustível. No entanto, com o abaixamento do preço do petróleo no mercado internacional, o etanol tornou-se mais uma vez coadjuvante no contexto dos combustíveis.

Na última década, devido ao alto preço da gasolina no Brasil, às incertezas da cotação do petróleo provocadas pelas turbulências no oriente médio, bem como à crescente preocupação com a emissão de gases poluentes houve um aumento expressivo na indústria alcooleira nacional. Atualmente, a iniciativa privada é responsável por crescentes investimentos no álcool como combustível e fonte energética. O sucesso estrondoso do carro flex, cujo motor funciona com gasolina ou álcool, superou todas as expectativas. Na segunda metade da década de 2000, os automóveis com motor bicombustível já representava mais de 80% de toda a produção automobilística, fruto de investimentos e avanços num contexto mundial de evolução das questões ambientais acerca da busca e utilização de fontes energéticas mais limpas e renováveis. Ressaltam-se abaixo outras utilizações do álcool etílico além de combustível:

Na indústria farmacêutica, na fabricação de insulina e outros medicamentos;

Soluções anticongelantes;

Preservativos de mostruários biológicos;

Agente de desidratação em fotografia anti-séptico

Para corantes na fabricação de tintas para confeitarias e produtos alimentícios;

Para diluir e clarificar na fabricação de tintas de aviões, vernizes para madeiras e metais, esmaltes polidores de metais;

Na fabricação de seda artificial, plásticos, adesivos, vidros;

Óleos e ceras para polidoras de calçados, óleos minerais purificados para uso médicos e lubrificantes,etc. Na Tabela 1 em anexo encontram-se valores da produção de etanol no Brasil desde 1990 até 2009 com os principais estados produtores discriminados.

Na Tabela 2 em anexo encontram-se valores das exportações de etanol do Brasil desde 2000 até 2009.

A partir das tabelas 1 e 2 foram construídos os gráficos 1, 2 , 3 e 4 expostos abaixo. Fazem-se então as análises pertinentes.

Produção Nacional de Etanol (bilhões de litros)

Produção Capixaba de Etanol (milhões de litros)

Gráfico 2. Produção de etanol no Espírito Santo - safra de cana-de-açúcar 90/91 até a safra 08/09

Gráfico 1. Produção de etanol no Brasil - safra de cana-de-açúcar 90/91 até a safra 08/09

Observando o gráfico 1 percebe-se um grande aumento da produção nacional de etanol a partir do ano 2000, após uma queda expressiva entre 1998 e 2000.

O gráfico 2 mostra um aumento crescente da produção capixaba de etanol desde 1990. Após uma breve análise do gráfico 3 torna-se evidente a importância do estado de São Paulo para a produção nacional de etanol, visto que este detém 61% da produção de álcool.

61%MINAS GERAIS 8%

MATO GROSSO DO SUL 4%

MATO GROSSO 4%

3% PERNAMBUCO 2%

PARAIBA 1%

ESPIRITO SANTO 1%

OUTROS 3%

Produção de Etanol por Estado (2008/2009)

Gráfico 3. Produção de etanol por estado (%) - safra de cana-de-açúcar 08/09

Analisando o gráfico 4 é perceptível o crescente aumento da exportação de etanol desde 2000 até 2008. Comparando o volume de etanol produzido e exportado pelo país na safra 2008/2009, calcula-se que 19% da produção nacional foi destinada ao mercado externo.

Exportação Nacional de Etanol (bilhões de litros)

Gráfico 4. Exportação nacional de etanol - safra de cana-de-açúcar de 9/0 a 08/09

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Detalham-se abaixo as várias etapas da produção industrial de etanol através do processo fermentativo da cana-de-açúcar, desde o corte da cana até a obtenção do produto final. Vale ressaltar que aqui no Brasil são muito comuns indústrias sucro-alcooleiras, ou seja, que possuem unidades de produção de açúcar e etanol na mesma indústria, o que é plausível, visto que a matéria-prima e parte da cadeia produtiva são idênticas, além da possibilidade de se controlar a produção de açúcar e álcool de acordo com os preços do mercado. Contudo, nesta revisão bibliográfica serão explicitadas apenas as etapas da produção do etanol, apesar da produção de açúcar ser citada esporadicamente.

3.1. Corte da cana Através do controle e planejamento dos canaviais, é montado um programa de corte baseado na maturação da cana. Dessa forma, tem-se áreas com cana plantada que vão estar próprias para o corte em momentos diferentes, o que permite seu manejo. Atualmente no Brasil o corte feito manualmente representa 50% da cana colhida e os outros 50% são colhidos por colhedeiras, e após cada safra a porcentagem de cana colhida mecanicamente vem aumentando.

3.2. Transporte

O transporte da lavoura até a unidade industrial é feito por caminhões. Cada carga transportada pesa aproximadamente 16 toneladas. Hoje há caminhões com capacidade de até três ou quatro carrocerias em conjunto, aumentando muito a capacidade do transporte. Depois de cortada e transportada para a Usina, a cana-de-açúcar é enviada para a moagem, onde se inicia o processo de fabricação do açúcar e do álcool.

3.3. Recepção de Cana A cana-de-açúcar é recebida na balança, pesagem e controle de matéria prima na indústria.

3.4. Estocagem

A matéria prima é descarregada na mesa alimentadora, através de descarregadores laterais, chamados Hillo, e também uma parte descarregada pelo mesmo processo, no depósito, o qual serve para estocagem de cana que será processada durante o período da noite.

Esta cana é transportada do depósito, para as mesas alimentadoras, através de pontes rolantes, equipadas com garras hidráulicas. A cana que chega à unidade industrial é processada o mais rápido possível. Este sincronismo entre as várias etapas do processo de fabricação é muito importante, pois a cana é uma matéria prima sujeita a contaminações e, conseqüentemente, de fácil deterioração.

3.5. Preparo de Cana Primeiramente, a cana é lavada para retirar a terra proveniente da lavoura. A mesa alimentadora controla a quantidade de cana sobre uma esteira metálica que a transfere ao setor de preparo. O objetivo básico do preparo da cana é aumentar a sua densidade e, conseqüentemente, a capacidade de moagem, bem como realizar o máximo rompimento das células para liberação do caldo nelas contido, obtendo-se, portanto, uma maior extração.

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