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13.Processo de fabricação de Açúcar e Álcool

13.1 Aspectos Gerais

Quais são os procedimentos e processos utilizados na fabricação desses produtos? A safra da cana-de-açúcar é sazonal iniciando em maio e terminando em novembro. Neste período ocorre o amadurecimento da cana devido a fatores climáticos como falta de umidade, luminosidade e frio. Com o amadurecimento, as canas passam a ser cortadas de forma planejada.

 

13.2 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. O corte feito manualmente representa 50% da cana colhida. Os outros 50% são colhidos por colhedeiras.

13.3Transporte

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.

 

13.4 PROCESSO

13.4.1 Moagem

A cana que chega à unidade industrial é processada o mais rápido possível. Este sincronismo entre o corte, transporte e moagem são muito importantes, pois a cana é uma matéria prima sujeita a contaminações e conseqüentemente de fácil deterioração. A moagem diária é de 9.000 toneladas.

Antes da moagem, a cana é lavada nas mesas alimentadoras para retirar a terra proveniente da lavoura. Após a lavagem, a cana passa por picadores que trituram os colmos, preparando-a para a moagem. Neste processo as células da cana são abertas sem perda do caldo. Após o preparo, a cana desfibrada é enviada à moenda para ser moída e extrair o caldo. Na moenda, a cana desfibrada é exposta entre rolos submetidos a uma pressão de aproximadamente 250 kg/cm², expulsando o caldo do interior das células. Este processo é repetido por seis vezes continuamente. Adiciona-se água numa proporção de 30%. A isto se chama embebição composta, cuja função é embeber o interior das células da cana diluindo o açúcar ali existente e com isso aumentando a eficiência da extração, conseguindo-se assim extrair cerca de 96% do açúcar contido na cana. O caldo extraído vai para o processo de tratamento do caldo e o bagaço para as caldeiras.

13.4.2 Geração de vapor

O bagaço que sai da moenda com muito pouco açúcar e com umidade de 50%, é transportado para as caldeiras, onde é queimado para gerar vapor, que se destina a todas as necessidades que envolvem o acionamento das máquinas pesadas, geração de energia elétrica e o processo de fabricação de açúcar e álcool. A sobra de bagaço é vendida para outras indústrias. O bagaço é muito importante na unidade industrial, porque é o combustível para todo o processo produtivo. Um bom sistema térmico é fundamental. Usamos processo vapor direto, vapor de escape e vapor vegetal.

13.4.3 Geração de energia elétrica

Parte do vapor gerado é enviada aos turbogeradores que produzirão energia elétrica suficiente para movimentar todos os acionamentos elétricos e a iluminação. O consumo é de 4.500 kw.

 

13.5 FABRICAÇÃO DE AÇÚCAR

13. 5.1 Tratamento de caldo

O caldo extraído na moenda, chamado de caldo misto, é um caldo impuro, sendo necessário passar, por um processo de clarificação para retirada de sólidos em suspensão. O caldo é sulfitado e caleado. Este processo é chamado de dosagem. A adição de enxofre e cal facilita a floculação das substâncias coloidais.

Após a dosagem, o caldo é aquecido a 107ºC em aquecedores verticais e enviado aos clarificadores que retêm o caldo por aproximadamente 3 horas em regime contínuo. Neste tempo de retenção, ocorrem reações de floculação e precipitação do material em suspensão que são retirados na forma de lodo. O caldo clarificado e limpo segue o processo para evaporação e o lodo irá para filtração à vácuo onde é recuperada a sacarose ainda existente.

13.5.2 Filtração do lodo

Como o lodo ainda é rico em sacarose, é feito uma filtração nos filtros rotativos à vácuo para succionar o material líquido, chamado de caldo filtrado, que sofrerá novo tratamento de clarificação. O material sólido retido nas telas dos filtros é denominado torta de filtro. Esta torta é enviada à lavoura, sendo utilizada como adubo.

 

13.5.3 Caldo clarificado

O caldo clarificado obtido da decantação do caldo é enviado para a evaporação.

13.5.4 Evaporação

O caldo clarificado com aproximadamente 15ºBrix entra em um conjunto de evaporadores de múltiplo efeito para a retirada de maior parte da água, concentrando até cerca de 65ºBrix, tomando consistência de um xarope. Este xarope é bombeado aos tachos de cozimento para a cristalização do açúcar.

13.5.5 Cozimento A

Os tachos de cozimento são equipamentos que continuam a evaporação do xarope, tornando o meio supersaturado dando as condições necessárias à cristalização da sacarose. O produto obtido neste cozimento é a massa A. Esta massa A é uma mistura de cristais de açúcar e o seu correspondente licor-mãe (mel), de onde foi obtida a cristalização do açúcar.

13.5.6 Cozimento B

No cozimento B é onde formamos os cristais para o cozimento A. Os tachos de cozimento B recebem o mel A e por um processo de nucleação, produz-se os pequenos cristais, de modo controlado e padronizado. Este processo é fundamental na qualidade do produto final, onde todos os cristais são induzidos a uma formação conjunta e uniforme, chamado de semeamento total. A massa B, da mesma forma que a massa A, é uma mistura de cristais de açúcar e o seu correspondente licor-mãe (mel) de onde foram obtidos os cristais.

13.5.7 Centrifugação da massa A

A massa A é um produto que contém cristais de aproximadamente 0,5mm envolvidos numa película de mel. Na centrifugação ocorre a separação do mel, denominado mel A, que irá para os tachos de cozimento B, e açúcar propriamente dito, que é enviado ao secador de açúcar.

13.5.8 Centrifugação da massa B

A massa B é um produto que contém cristais de aproximadamente 0,2mm e melaço. Na centrifugação, os cristais são separados do mel B (ou melaço) onde o magma (cristais de açúcar B) será utilizado como núcleo para o cozimento A e o melaço é enviado para a fabricação do álcool.

13.5.9Secagem do açúcar

Nesta etapa o açúcar passa no secador para a retirada da umidade contida nos cristais. Na saída do secador, o açúcar é enviado por esteiras sanitárias até a moega de açúcar (reservatório próprio para açúcar), de onde é feito o ensacamento.

13.5.10 Ensacamento

O açúcar é ensacado em sacos de 50 kg ou em contêineres ("big-bag") de 1000 kg.

 

13. 6 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL

A fabricação de álcool, é uma unidade anexa, portanto o processo de moagem de cana é o mesmo já descrito.

13. 6.1 Tratamento do Caldo

Parte do caldo é desviado para tratamento específico para fabricação álcool. Este tratamento consiste em aquecer o caldo a 105ºC sem adição de produtos químicos, e após isto, decantá-lo. Após decantação, o caldo clarificado irá para a pré-evaporação e o lodo para novo tratamento, semelhante feito ao lodo do açúcar.

13.6.2 Pré-evaporação

Na pré-evaporação o caldo é aquecido a 115ºC, evapora água e é concentrado a 20ºBrix. Este aquecimento favorece a fermentação por fazer uma "esterilização" das bactérias e leveduras selvagens que concorreriam com a levedura do processo de fermentação.

13.6.3 Preparo do mosto

Mosto é o material fermentescível previamente preparado. O mosto na Usina é composto de caldo clarificado, melaço e água. O caldo quente que vem do pré-evaporador é resfriado a 30ºC em trocadores de calor tipo placas, e enviado às dornas de fermentação. No preparo do mosto define-se as condições gerais de trabalho para a condução da fermentação como, regulagem da vazão, teor de açúcares e temperatura. Densímetros, medidores de vazão e controlador de Brix automático monitoram este processo.

13.6. 4 Fermentação

A fermentação é contínua e agitada, consistindo de 4 estágios em série, composto de três dornas no primeiro estágio, duas dornas no segundo, uma dorna no terceiro e uma dorna no quarto estágio. Com exceção do primeiro, o restante tem agitador mecânico. As dornas tem capacidade volumétrica de 400.000 litros cada, todas fechadas com recuperação de álcool do gás carbônico.

E´ na fermentação que ocorre a transformação dos açúcares em etanol ou seja, do açúcar em álcool. Utiliza-se uma levedura especial para fermentação alcoólica, a Saccharomyces uvarum. No processo de transformação dos açúcares em etanol há desprendimento de gás carbônico e calor, portanto, é necessário que as dornas sejam fechadas para recuperar o álcool arrastado pelo gás carbônico e o uso de trocadores de calor para manter a temperatura nas condições ideais para as leveduas. A fermentação é regulada para 28 a 3OºC. O mosto fermentado é chamado de vinho. Esse vinho contém cerca de 9,5% de álcool. O tempo de fermentação é de 6 a 8 horas.

 

13.6 5 Centrifugação do vinho

Após a fermentação a levedura é recuperada do processo por centrifugação, em separadores que separam o fermento do vinho. O vinho delevurado irá para os aparelhos de destilação onde o álcool é separado, concentrado e purificado. O fermento, com uma concentração de aproximadamente 60%, é enviado às cubas de tratamento.

13.6.6 Tratamento do fermento

A levedura após passar pelo processo de fermentação se "desgasta", por ficar exposta a teores alcoólicos elevados. Após a separação do fermento do vinho, o fermento a 60% é diluído a 25% com adição de água. Regula-se o pH em torno de 2,8 a 3,0 adicionando-se ácido sulfúrico que também tem efeito desfloculante e bacteriostático. O tratamento é contínuo e tem um tempo de retenção de aproximadamente uma hora. O fermento tratado volta ao primeiro estágio para começar um novo ciclo fermentativo; eventualmente é usado bactericida para controle da população contaminante. Nenhum nutriente é usado em condições normais.

13.6.7 Destilação

O vinho com 9,5% em álcool é enviado aos aparelhos de destilação. A Usina produz em média 35O m³ de álcool / dia, em dois aparelhos, um com capacidade nominal para 120 m³/dia e outro para 150 m³/dia. Produz-se álcool neutro, industrial e carburante, sendo o álcool neutro o produto de maior produção, 180 m³/dia. O álcool neutro é destinado à indústria de perfumaria, bebidas e farmacêutica.

Na destilação do vinho resulta um subproduto importante, a vinhaça. A vinhaça, rica em água, matéria orgânica, nitrogênio, potássio e fósforo, é utilizada na lavoura para irrigação da cana, na chamada fertirrigação.

13.6.8 Qualidade

Todas as etapas do processo são monitoradas através de análises laboratoriais de modo a assegurar a qualidade final dos produtos. As pessoas envolvidas passam por treinamentos específicos, capacitando-as a conduzir o processo de forma segura e responsável, garantindo a qualidade final de cada etapa que envolve a fabricação de açúcar e álcool.

 

14 Petróleo

Como funciona o refino de petróleo

1. Introdução

2. Petróleo bruto

3.  Produtos derivados do petróleo bruto

4. O processo

5. Destilação fracionada

6. Processamento químico

7.Tratando e misturando as frações obtidas no refino de petróleo

14.1Introdução

Vários filmes - como "Assim Caminha a humanidade", "Armageddon" e "A Família Buscapé" - mostram imagens do petróleo como um líquido espesso e escuro jorrando para o alto ou fluindo de uma plataforma de perfuração. Mas quando você coloca gasolina no carro, já deve ter percebido que ela é clara. Além disso, há muitos outros produtos que derivam do petróleo, incluindo giz de cera, plásticos, óleo para aquecimento, combustível de jato, querosene, fibras sintéticas e pneus. Como é possível obter gasolina e todos esses outros produtos a partir do petróleo bruto? 

14.2 Petróleo bruto

Petróleo bruto é o termo para o

Em média, o petróleo bruto contém os seguintes elementos ou compostos:

  • carbono - 84%

  • hidrogênio - 14%

  • enxofre - de 1 a 3% (sulfeto de hidrogênio, sulfetos, dissulfetos, enxofre elementar)

  • nitrogênio - menos de 1% (compostos básicos com grupos amina)

  • oxigênio - menos de 1% (encontrado em compostos orgânicos como o dióxido de carbono, fenóis, cetonas e ácidos carboxílicos)

  • metais - menos de 1% (níquel, ferro, vanádio, cobre, arsênio)

  • sais - menos de 1% (cloreto de sódio, cloreto de magnésio, cloreto de cálcio)

óleo não processado. Ele também é conhecido apenas como petróleo. O petróleo bruto é um combustível fóssil, o que significa que ele é formado pelo processo de decomposição de matéria orgânica, restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e restos de animais marinhos - ocorrido durante centenas de milhões de anos na história geológica da Terra. Os tipos de petróleo bruto podem apresentar cores diferentes, de claros a negro, assim como viscosidades diferentes, que podem ser semelhantes à água ou quase sólidas.

O petróleo bruto é o ponto de partida para muitas substâncias diferentes porque contém hidrocarbonetos. Os hidrocarbonetos são moléculas que contém hidrogênio e carbono e existem em diferentes tamanhos e estruturas, com cadeias ramificadas e não ramificadas e anéis.

Duas características são importantes nos hidrocarbonetos:

  • eles contêm muita energia. Muitos dos produtos derivados de petróleo bruto como a gasolina, óleo diesel, parafina sólida e assim por diante são úteis graça a essa energia;

  • eles podem ter formas diferentes. O menor hidrocarboneto é o metano (CH4), um gás mais leve do que o ar. Cadeias mais longas contêm cinco carbonos ou mais e são líquidos; já nas cadeias muito longas há hidrocarbonetos sólidos, como a cera. Ao ligar quimicamente cadeias de hidrocarbonetos artificialmente, obtemos vários produtos, que vão da borracha sintética até o náilon e o plástico de potes para alimentos.

As principais classes de hidrocarbonetos em petróleo bruto incluem:

  • Parafinas

    • fórmula geral: CnH2n+2 (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20)

    • as moléculas são cadeias ramificadas ou não

    • em temperatura ambiente podem ser gases ou líquidos, dependendo da molécula

    • exemplos: metano, etano, propano, butano, isobutano, pentano, hexano

  • Aromáticos

    • fórmula geral: C6H5 - Y (Y é uma molécula mais longa e não ramificada que se conecta a anéis benzênicos)

    • estruturas em anel, com um ou mais anéis 

    • os anéis contêm seis átomos de carbono, com ligações duplas e simples alternando-se entre os carbonos

    • gralmente são líquidos 

    • exemplos: benzeno, naftaleno

  • Naftenos ou cicloalcanos

    • fórmula geral: CnH2n (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20)

    • estruturas em anel, com um ou mais anéis 

    • os anéis contêm apenas ligações simples entre os átomos de carbono

    • em temperatura ambiente, geralmente são líquidos

    • exemplos: ciclohexano, metilciclopentano

  • Outros hidrocarbonetos

    • Alcenos

      • fórmula geral: CnH2n (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20)

      • moléculas de cadeias ramificadas ou não que contêm uma ligação dupla carbono-carbono

      • podem apresentar-se nos estados líquido ou gasoso

      • exemplos: etileno, buteno, isobuteno

    • Dienos e Alcinos

      • fórmula geral: CnH2n-2 (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20)

      • moléculas de cadeias ramificadas ou não que contêm duas ligações duplas carbono-carbono

      • podem apresentar-se nos estados líquido ou gasoso

      • exemplos: acetileno, butadieno

    1. Produtos derivados do petróleo bruto

O petróleo bruto contém centenas de diferentes tipos de hidrocarbonetos misturados e, para separá-los, é necessário refinar o petróleo

As cadeias de ­hidrocarbonetos de diferentes tamanhos têm pontos de ebulição que vão aumentando progressivamente, o que possibilita separá-las através do processo de destilação. É isso o que acontece em uma refinaria de petróleo. Na etapa inicial do refino, o petróleo bruto é aquecido e as diferentes cadeias são separadas de acordo com suas temperaturas de evaporação. Cada comprimento de cadeia diferente tem uma propriedade diferente que a torna útil de uma maneira específica.

Para entender a diversidade contida no petróleo bruto e o motivo pelo qual o seu refino é tão importante, veja uma lista de produtos que obtemos a partir do petróleo bruto:

  • gás de petróleo: usado para aquecer, cozinhar, fabricar plásticos

    • alcanos com cadeias curtas (de 1 a 4 átomos de carbono)

    • normalmente conhecidos pelos nomes de metano, etano, propano, butano

    • faixa de ebulição: menos de 40°C

    • são liquefeitos sob pressão para criar o GLP (gás liquefeito de petróleo)

  • nafta: intermediário que irá passar por mais processamento para produzir gasolina

    • mistura de alcanos de 5 a 9 átomos de carbono

    • faixa de ebulição: de 60 a 100°C

  • gasolina: combustível de motores

    • líquido

    • mistura de alcanos e cicloalcanos (de 5 a 12 átomos de carbono)

    • faixa de ebulição: de 40 a 205°C

  • querosene: combustível para motores de jatos e tratores, além de ser material inicial para a fabricação de outros produtos

    • líquido

    • mistura de alcanos (de 10 a 18 carbonos) e aromáticos

    • faixa de ebulição: de 175 a 325°C

  • gasóleo ou diesel destilado: usado como diesel e óleo combustível, além de ser um intermediário para fabricação de outros produtos

    • líquido

    • alcanos contendo 12 ou mais átomos de carbono

    • faixa de ebulição: de 250 a 350°C

  • óleo lubrificante: usado para óleo de motor, graxa e outros lubrificantes

    • líquido

    • alcanos, cicloalnos e aromáticos de cadeias longas (de 20 a 50 átomos de carbono)

    • faixa de ebulição: de 300 a 370°C

  • petróleo pesado ou óleo combustível: usado como combustível industrial, também serve como intermediário na fabricação de outros produtos

    • líquido

    • alcanos, cicloalcanos e aromáticos de cadeia longa (de 20 a 70 átomos de carbono)

    • faixa de ebulição: de 370 a 600°C

  • resíduos: coque, asfalto, alcatrão, breu, ceras, além de ser material inicial para fabricação de outros produtos

    • sólido

    • compostos com vários anéis com 70 átomos de carbono ou mais

    • faixa de ebulição: mais de 600°C

Você pode ter notado que todos esses produtos têm tamanhos e faixas de ebulição diferentes. Os químicos tiram vantagem dessas propriedades ao refinar o petróleo. O Processo

Como já mencionamos, um barril de petróleo bruto é composto por diversos tipos de hidrocarbonetos. O refino de petróleo separa tudo isso em várias substâncias úteis. Para isso, os químicos seguem algumas etapas.

  1. A maneira mais antiga e comum de separar os vários componentes (chamados de frações) é usar as diferenças entre as temperaturas de ebulição. Isso é chamado de destilação fracionada. Basicamente, esquenta-se o petróleo bruto deixando-o evaporar e depois condensa-se este vapor.

  2. Técnicas mais novas usam o processamento químico, térmico ou catalítico em algumas das frações para criar outras, em um processo chamado de conversão. O processamento químico, por exemplo, pode quebrar cadeias longas em outras menores. Isso permite que uma refinaria transforme óleo diesel em gasolina, de acordo com a demanda por gasolina.

  3. As refinarias devem tratar as frações para remover as impurezas.

  4. As refinarias combinam as várias frações (processadas e não processadas) em misturas para fabricar os produtos desejados. Por exemplo, as diferentes misturas de cadeias podem criar gasolinas com diferentes índices de octanagem.

Refinaria de petróleo

Os produtos são armazenados no local até que sejam entregues aos diferentes compradores, como postos de gasolina, aeroportos e fábricas de produtos químicos. Além de fazer produtos baseados no petróleo, as refinarias também devem tratar os dejetos envolvidos nos processos para minimizar a poluição do ar e da água.

14.4 Destilação fracionada

Colunas de destilação em uma refinaria de petróleo

Os vários componentes do petróleo bruto têm tamanhos, pesos e temperaturas de ebulição diferentes. Por isso, o primeiro passo é separar esses componentes. E devido à diferença de suas temperaturas de ebulição, eles podem ser facilmente separados por um processo chamado de destilação fracionada. Veja abaixo as etapas.

  1. Aquecer a mistura de duas ou mais substâncias (líquidos) de diferentes pontos de ebulição a alta temperatura. O aquecimento costuma ser feito com vapor de alta pressão para temperaturas de cerca de 600°C.

  2. A mistura entra em ebulição formando vapor (gases). A maior parte das substâncias passam para a fase de vapor.

  3. O vapor entra no fundo de uma coluna longa (coluna de destilação fracionada) cheia de bandejas ou placas.

    1. ela possuem muitos orifícios ou proteções para bolhas a fim de permitir a passagem do vapor

    2. as placas aumentam o tempo de contato entre o vapor e os líquidos na coluna

    3. elas ajudam a coletar os líquidos que se formam nos diferentes pontos da coluna

    4. há uma diferença de temperatura pela coluna (mais quente embaixo, mais frio em cima)

  1. O vapor sobe pela coluna.

  2. Conforme o vapor sobe pelas placas da coluna, ele esfria.

  3. Quando uma substância na forma de vapor atinge uma altura em que a temperatura da coluna é igual ao ponto de ebulição da substância, ela condensa e forma um líquido. A substância com o menor ponto de ebulição irá se condensar no ponto mais alto da coluna. Já as substâncias com pontos de ebulição maiores condensarão em partes inferiores da coluna.

  4. As placas recolhem as diferentes frações líquidas.

  5. As frações líquidas recolhidas podem:

    1. passar por condensadores, onde serão resfriadas ainda mais, e depois ir para tanques de armazenamento;

    2. ir para outras áreas para passar por outros processos químicos, térmicos ou catalíticos.

A destilação fracionada é útil para separar uma mistura de substâncias com diferenças pequenas em seus pontos de ebulição sendo uma etapa muito importante no processo de refino.

O processo de refino de petróleo começa em uma coluna de destilação fracionada. À direita, podemos ver vários processadores químicos que serão descritos na próxima seção.

­Poucos compostos já saem da coluna de destilação prontos para serem comercializados. Muitos deles devem ser processados quimicamente para criar outras frações. Por exemplo, apenas 40% do petróleo bruto destilado é gasolina. No entanto, a gasolina é um dos principais produtos fabricados pelas empresas de petróleo. Em vez de destilar continuamente grandes quantidades de petróleo bruto, essas empresas utilizam processos químicos para produzir gasolina a partir de outras frações que saem da coluna de destilação. É este processo que garante uma porção maior de gasolina em cada barril de petróleo bruto.

    1. Processamento químico

Pode-se transformar uma fração em outra usando um destes três métodos:

  • dividindo grandes cadeias de hidrocarbonetos em pedaços menores (craqueamento);

  • combinando pedaços menores para criar outros maiores (reforma);

  • rearranjando vários pedaços para fazer os hidrocarbonetos desejados (alquilação).

CraqueamentoO craqueamento divide grandes cadeias de hidrocarbonetos em pedaços menores.

 

O craqueamento divide cadeias grandes em outras menores

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