Estudo da destilação extrativa salina em coluna recheada para a produção de etanol

Abstract

Esta dissertação teve a finalidade de avaliar a destilação extrativa salina, na produção de etanol. O combustível renovável possui vantagens que estimulam seu uso, em substituição aos combustíveis fósseis e, por isso, apresenta perspectivas de crescimento na sua produção. Diferentemente do método vigente de desidratação de etanol, em que se emprega solvente, a destilação com o emprego de sais não engloba problemas relacionados à toxicidade e apresenta menor consumo de energia, visto que o sal não é volatilizado no interior da coluna de destilação. Para este estudo, uma unidade de destilação experimental foi montada, com seção recheada, (37 cm de altura e 5,9 cm de diâmetro interno) preenchida, randomicamente, com anéis de Raschig (feitos de vidro e com tamanho característico de 0,73 cm), e testada com o sistema água-ácido acético, para que as condições operacionais pudessem ser estabelecidas. As análises dos produtos da destilação foram feitas por refratometria e apresentaram pequenos desvios para as concentrações dos produtos obtidos. Comprovada a eficiência da unidade e da metodologia experimental, duas cargas de etanol de concentração 0,02 e 0,25 molar foram destiladas sob pressão atmosférica. Essas concentrações foram definidas para representar, de maneira mais aproximada, o vinho delevedurado e o flegma, respectivamente. Ambas as cargas estão presentes em uma típica usina de produção de etanol, sendo o vinho delevedurado a carga alimentada na primeira coluna de destilação e o flegma a carga alimentada na segunda coluna de destilação. Cloreto de sódio, cloreto de cálcio, acetato de sódio, acetato de potássio, nitrato de cálcio e uma mistura de acetatos de sódio e potássio foram adicionados às cargas e os resultados foram comparados aos experimentos sem a presença dos sais, revelando um enriquecimento de etanol, no produto de topo da destilação, em todos os sistemas salinos estudados. Quando possível, os dados experimentais foram comparados aos dados de equilíbrio publicados na literatura. Para os sistemas salinos em que não se dispunha destes dados, um modelo termodinâmico, baseado no estudo de MACEDO et al. (1990), validado com sistemas definidos na literatura (desvios médios obtidos inferiores a 10%, tanto para a concentração da fase vapor como para a temperatura), foi usado para a predição dos mesmos. Correlações de HETP foram adotadas e os resultados obtidos foram confrontados com os resultados pseudo-experimentais, calculados pela razão entre a altura da seção recheada e o número de estágios teóricos, obtidos pelo método de McCabe-Thiele. O modelo de BOLLES e FAIR (1982) estimou o HETP de forma mais próxima do pseudo-experimental, com desvios intimamente relacionados ao número de estágios teóricos calculados. A predição termodinâmica dos dados de equilíbrio líquido-vapor não comprometeu a determinação do HETP, visto que o comportamento geral foi o mesmo. Verificou-se que os modelos para cálculo do HETP são altamente dependentes das vazões do topo e fundo, da área efetiva de transferência de massa e do tipo de recheio utilizado. Uma carga de vinho delevedurado, obtida em uma usina de produção de etanol, também foi avaliada e os resultados indicaram uma tendência, ainda maior, de enriquecimento de etanol com o emprego da destilação extrativa salina.