Produção de Etanol Fermentação, Destilação e Desidratação.
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Produção de Etanol
Fermentação, Destilação e Desidratação
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Importância e Vias de Obtenção
Utilização: fins farmacêuticos, produção de derivados químicos, bebidas, como combustível, solvente, etc...
Obtenção: destilatória (pouca importância econômica), sintética (a partir de hidrocarbonetos derivados de petróleo – grandes reservas e indústria petroquímica avançada) e fermentativa.
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Via Fermentativa
Preparo: tratamento da matéria-prima para extração de açúcares fermentescíveis.
Fermentação: transformação de açúcares em etanol e CO2.
Destilação: separação do etanol. Primeiro do substrato fermentado e depois para separar impurezas.
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Matérias-primas
Açucaradas – diretamente e não diretamente fermentescíveis. (Cana-de-açúcar, beterraba, milho, mel, melaços)
Amiláceas e feculentas – grãos amiláceos, raízes e tubérculos.
Celulósicas – palhas, madeiras, resíduos agrícolas e resíduos sulfíticos de fábricas de papel.
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Preparação dos meios
Pequenas porções de álcool de milho e vínico.
A quase totalidade produz-se com cana-de-açúcar e melaço.
Mosto – substratos açucarados Dornas – recipientes de
fermentação
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Mosto de melaço
Diluição com água (com vinhaça para alguns tipos de rum).
+ diluído - diluído
Fermentação rápida lenta
Sujar aparelhos suja - suja +
Vol. útil da dorna > <
Espaço > <
Consumo de vapor > <
Água > <
Período de safra > <
Infecções > <
Perda de açúcares < >
Temperatura < >
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Caldo de cana-de-açúcar
Esmagamento + diluição (água) Prática comum – clarificação
(aquecimento, decantação e filtração)
Caldo mais limpo: fermenta melhor espuma menos suja menos as colunas de destilação
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Mosto de materiais amiláceos
Sacarificação – transformação do amido ou fécula em açúcares fermentescíveis.
Tipos: química (pouco utilizada) biológica (adição de fungos) (+ comum) enzimática (pelo malte)
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Sacarificação pelo malte Malte – cereal germinado
Cervejas e uísque – cevada Destilaria de álcool – milho
Preparação do malte – etapas: limpeza maceração germinação (ativação de várias enzimas)
Sacarificação – (formar goma) moagem, hidratação e cozimento + leite de malte
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Sacarificação biológica Fungos aminolíticos mais usados:
Amylomyces rouxii, Aspergillus oryzae, Rhizopus japonicus e Mucor delemar.
Preparo do inóculo – 20g/1L água, autoclavar (2atm – 20min), resfriar, add suspensão de esporos, incubar 3-4 dias a 35-38ºC – qsp 100.000L
Mosto – formar goma, autoclavar, inocular o fungo, 24h de agitação e aeração.
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Fermentação alcoólica Geração de energia (ATP) pela
metabolização anaeróbica da glicose. CO2, etanol e outros produtos (glicerol,
ácidos orgânicos) são produtos de excreção – podem ser transformados em + ATP em aerobiose.
Aparecimento de rotas alternativas com outras utilidades para a levedura – rendimento da fermentação pode cair!
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Fatores que afetam a fermentação
Agente de fermentação Nutrição mineral e orgânica Temperatura pH Inibidores da fermentação Concentração de açúcares Concentração de inóculo Contaminação bacteriana Anti-sépticos Antibióticos
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Preparo do inóculo
Leveduras de panificação – 10 a 20g/L de mosto diluído, fermentação, divisão em vários recipientes a realimentação com mostos diluídos.
Leveduras selecionadas – tubos de cultura, aumentando o volume de meio em 1:5 ou 1:10 até atingir o volume útil para fermentação (10% vol da dorna)
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Prática da fermentação
Fase preliminar (lag-fase): inicia-se no contato do lêvedo com o mosto – multiplicação celular
Fase tumultuosa: elevação da % de álcool e acidez, +Tº, -densidade, espuma.
Fase complementar: -CO2, - agitação, -Tº, [açúcar] = 0
Velocidade = fermento/mosto
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Verificação prática da pureza das fermentações
Tempo de fermentação Odor da fermentação Aspecto da espuma Drosófilas Temperatura Densidade do mosto Açúcares no mosto Acidez no substrato em fermentação
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Sistemas descontínuos de fermentação
Sistemas de cortes
Sistema de reaproveitamento do inóculo
Sistema de cultura pura
Sistema de recuperação de leveduras
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Fermentação contínua
Entrada e saída constantes do fermentador – vários desenhos
Processo Biostil
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Salas e dornas de fermentação
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Destilação
Líquidos miscíveis – mistura de vapores com predominância do mais volátil
Mistura azeotrópica Vinho – meios açucarados após
fermentação. Constituição: 88 a 93% - água
12 a 7% - etanol
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Destilação descontínua
Alambiques – aguardentes (50% etanol) ou bebidas alcoólicas de vinhos
Colunas de baixo grau Destilado de cabeça Destilado de coração Destilado de cauda Água fraca
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Destilação contínua
Alimentação contínua com vinho e retirada contínua de vinhaça pela base e do destilado no topo.
Coluna de baixo grau – deflegmação pelo topo
Coluna de alto grau – deflegmação pela altura média do aparelho
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Retificação Flegma – líquido alcoólico mais rico, mas
ainda impuro Separação se substâncias voláteis Não se consegue fazer purificação
completa do etanol por vários fatores: marcha imperfeita, dificuldade de separar as cabeças, variação da temperatura, pureza das fermentações, oscilações na composição dos vinhos, reações de esterificação, combinação e decomposição.
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Desidratação do etanol Destilação: álcool 97,2% em volume –
mistura azeotrópica Processos industriais:
químicos – substâncias que absorvem a água do álcool (óxido de cálcio, acetato de sódio, carbonato de potássio, ...)
físicos – variação de pressão, destilação de misturas hiperazeotrópicas, absorção de vapores por corpos sólidos, atmólise, destilação em presença de um terceiro corpo, uso de absorventes regeneráveis e separação por membranas (peneiras moleculares)
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Uso de arrastadores
Mais utilizada pelas destilarias Formação de uma substância
azeotrópica de 3 componentes 3º componente – insolúvel em um dos
2 componentes iniciais – duas frações Destilação de líquidos mutuamente
insolúveis – temperatura de ebulição é inferior a dos dois componentes
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Add 50% benzol a uma mistura de etanol-água 95%
Mistura ternária PE 64,85ºC, mistura azeotrópica benzol-etanol PE 68,24ºC, álcool anidro PE 78,35ºC
Ciclohexano, tricloroetileno, formiato de etila e cloreto de butila
Substituição do benzol (cancerígeno) por ciclohexano
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Absorvente regenerável
Processo Mariller ou da glicerina
Absorventes: glicóis, glicerina e solução de carbonato de potássio em glicerol.
Etanol 99,9% a 100%
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Peneiras moleculares Passagem dos vapores de álcool
entre camadas de resinas capazes de reter as moléculas de água.
Patente de Hunt/Phoenix
Mais rápido e mais eficiente que os arrastadores e substâncias absorventes (99,9%)
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