BRPI0708266A2 - processo e sistema para a produção de álcool por destilação de múltiplo efeito - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E SISTEMA PARA A PRODUçãO DE áLCOOL POR DESTILAçãO DE MúLTIPLO EFEITO. A presente invenção refere-se a um processo e a um sistema para a produção de álcool por destilação com otimização energética utilizando a tecnologia de múltiplo efeito. O processo da presente invenção compreende as etapas de: a) dividir uma corrente de vinho (1) para alimentação em duas colunas de epuração (2, 3), a coluna de depuração (2) gerando uma corrente de flegma (4) e a coluna de epuração (3) gerando uma corrente de flegma (5) e uma corrente de vinhaça (6); b) alimentar a corrente de flegma (4) em pelo menos uma coluna de retificação (7) gerando uma corrente de topo (8) e uma corrente de álcool hidratado (9); c) efetuar a troca de calor entre a corrente de topo (8) proveniente da pelo menos uma coluna de retificação (7) e a corrente de vinhaça (6) proveniente da coluna de epuração (3) em pelo menos um trocador de calor (10); e d) alimentar a corrente de flegma (5) em uma coluna de retificação (11) gerando uma corrente de álcool hidratado (12). A presente invenção refere-se ainda ao álcool hidratado produzido pelo processo descrito acima e a um processo para a produção de álcool anidro.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOE SISTEMA PARA A PRODUÇÃO DE ÁLCOOL POR DESTILAÇÃO DEMÚLTIPLO EFEITO".
Campo da invenção
A presente invenção refere-se a um processo e a um sistemapara a produção de álcool por destilação com otimização energética utilizan-do a tecnologia de múltiplo efeito (ou Split-Feed).
A presente invenção refere-se ainda ao álcool hidratado produ-zido pelo processo descrito acima e a um processo para a produção de ál-cool anidro.
No Brasil, quase todo o álcool é produzido pela destilação demostos fermentados obtidos a partir da cana-de-açúcar. Após a fermenta-ção, o mosto recebe o nome de vinho ou licor. São fabricados dois tipos deálcool: o hidratado (>92,6e INPM) e o anidro (>99,3e INPM), obedecendo es-pecificações oficiais.
A separação do álcool do vinho é tradicionalmente feita atravésdo esquema descrito no artigo "Brazilian alcohol program: an overview" deGoldemberg, J. e Macedo, I., publicado em "Energy for Sustainable Deve-lopment", Volume 1, N9 1, Maio de 1994, a saber:
O vinho ou licor entra em uma primeira coluna, denominada decoluna de epuração ou destilação. Nesta etapa, o etanol é separado do vi-nho (inicialmente 7-109GL) como vapor (flegma a 40-509GL). O produto defundo, a vinhaça, possui a maioria dos sais e suspensões de sólidos e é uti-lizada geralmente como fertilizante, não devendo exceder o limite de0,03QGL de álcool em sua composição. O aquecimento para esta coluna ésuprido por injeção direta de vapor. O flegma vindo da coluna de epuraçãoentra em uma segunda coluna, denominada de coluna de retificação, e al-gumas impurezas são removidas (tais como o óleo fúsel, recuperado paraaplicações especiais). O álcool passa a ter a concentração de 969GL e aflegmaça obtida como produto de fundo dessa segunda coluna pode serdescartada junto à vinhaça ou reciclado para a primeira coluna.
A parte de retificação é tradicionalmente feita como um arranjoutilizando duas colunas. As colunas são, em geral, de pratos do tipo bubblecap. Outro arranjo mais atual difere do arranjo anterior por possuir uma colu-na de retificação e pela flegmaça retornar para o topo da coluna de destila-ção e não ser descartada como ocorre no arranjo anterior. Este tipo de con-figuração pode empregar pratos do tipo bubble cap, no entanto são maisutilizados os pratos perfurados.
Antecedentes da invenção
A tecnologia existente para os sistemas de destilação data de 50a 60 anos. Apesar disso, ainda é possível que sejam feitas melhorias na oti-mização energética.
Os documentos a seguir estão aqui descritos como referência doestado da técnica no que se refere a processos de destilação com otimiza-ção energética. No entanto nenhum deles antecipa o assunto da presenteinvenção.
Katzen, R. descreve em seu artigo entitulado " A Low EnergyDistillation System for the Production of Ethanol Fuel" "Sistema de Destila-ção de Baixo Consumo Energético para a Produção de Etanol Carburante"(Simpósio Internacional Copersucar Açúcar e Álcool, p.560, São Paulo, Ju-nho de 1985) um estudo de um sistema de otimização energética para aprodução de álcool carburante anidro, trabalhando com colunas a diferentespressões. O produto de topo da coluna de maior pressão atua como referve-dor das outras colunas operando a pressão atmosférica. Com isso, o siste-ma apresenta redução no consumo de vapor.
Leppanen, O. em seu artigo "Energy Consumption in the Distilla-tion of Fuel Alcohol" (Simpósio Internacional Copersucar Açúcar e Álcool,São Paulo, Junho de 1985) também trata da otimização energética no pro-cesso de destilação de álcool anidro utilizando colunas a diferentes pres-sões. Neste, foi realizado o estudo de dois casos: um deles utilizava umamaior pressão na coluna retificadora (4,5 bar) e pressão atmosférica nascolunas desidratadora e evaporadora. O outro sistema utiliza a coluna dedesidratação operando em pressão reduzida (em torno de 0,6 bar). Os doisresultados apresentaram um menor consumo de vapor se comparados aoconvencional. Comparando-se entre eles, observa-se um menor consumo devapor no sistema utilizando colunas com maior pressão. Conforme citado noartigo acima, o uso da coluna de destilação operando a uma menor pressãoreduz o consumo de vapor. Com o uso de coluna a vácuo, o delta de pres-5 são entre as colunas poderia ser ainda maior e o consumo de vapor seriareduzido ainda mais. Contudo, são necessários alguns cuidados com estesistema, como por exemplo, o fato de o azeótropo álcool-água desaparecerna pressão de 10 Kpa (0,1 bar). Além disso, faz-se necessária a minimiza-ção da perda de carga na coluna.
A patente US 6.171.449 (Washington Group International) des-creve um processo para a produção de monômero de estireno separando-ode etilbenzeno por destilação utilizando a tecnologia de múltiplo efeito (splitfeed). Embora não trate especificamente de produção de álcool, essa paten-te descreve um processo de destilação em que uma corrente é dividida paraalimentação em duas colunas de destilação, uma de alta pressão e outra debaixa pressão, em conjunto com um refervedor que utiliza a energia térmicado topo de uma coluna para fornecer calor à outra.
O pedido de patente JP 58-183634 (Ministério da Indústria e doComércio Internacional do Japão) descreve um processo de produção deetanol anidro pelo sistema de múltiplo efeito em que a matéria-prima é ali-mentada em série em pelo menos duas colunas de destilação que operamem pressão reduzida. O produto é retirado da última coluna como vapor econduzido a uma torre de adsorção, que adsorve a umidade para se obter oetanol anidro. Simultaneamente, parte ou todo o líquido de refluxo da últimacoluna é provido com a fração das colunas de destilação, exceto a última.
O pedido de patente Pl 8203199 (Codistil SA Dedini) descreveum sistema para produção de álcool empregando um processo de destilaçãode múltiplo efeito, em que a carga líquida é dividida em duas torres, uma dedestilação da mistura hidroalcoólica e outra de retificação do produto destila-do, e ambas são paralelamente alimentadas com a mistura hidroalcoólica doprocesso. A energia utilizada é vapor da alta pressão, injetado na primeiratorre, e os vapores por esta emitidos em seu topo são utilizados como meiode aquecimento da segunda torre. Em ambas colunas, o processo de aque-cimento é obtido com o emprego de refervedor vertical tipo termossifão.
O pedido de patente Pl 0302605-1 (Dedini S/A Indústrias de Ba-se) descreve um processo para produção de álcool anidro a partir de umacorrente principal de vinho de cana-de-açúcar a ser submetido a etapas dedestilação e de desidratação. Esse processo compreende as seguintes eta-pas: a) retirar de uma corrente principal de vinho uma corrente secundáriode vinho; b) destilar a corrente secundário de vinho separadamente da cor-rente principal de vinho, de modo a produzir um flegma condensado; c) re-tornar a corrente de flegma condensado aa corrente principal de vinho; d)destilar simultaneamente os ditas correntes de flegma condensado com acorrente principal de vinho, de modo a produzir uma corrente de álcool hidra-tado; e e) desidratar a corrente de álcool hidratado em uma coluna de desi-dratação por meio do calor de condensação de uma corrente de flegma va-por oriundo da destilação da corrente secundário de vinho.Objetivo da invenção
A integração energética de processos químicos passou a seruma preocupação para a Engenharia Química no início da década de 70,quando ocorreu a crise mundial do petróleo. Até então, a possibilidade dediminuir o consumo energético de uma unidade industrial, através da inte-gração térmica entre as correntes e os equipamentos de processo, tinhauma importância bem inferior à dedicada atualmente a esta questão.
A operação unitária que requer maior atenção é a destilação, porserem as colunas de separação os maiores consumidores de utilidades deuma planta química.
Desde o início da década de 80, várias técnicas têm sido apre-sentadas tanto para a otimização da operação de uma coluna individualquanto para a integração energética das colunas de um processo. Os princi-pais métodos de integração entre colunas se baseiam no aumento da pres-são de operação de algumas delas, chegando a alguns casos, a obter eco-nomias na ordem de 50%.
Em um processo de destilação de múltiplo efeito (split-feed), aintegração energética entre as colunas se baseia na diferença de pressão deoperação entre elas. As colunas pressurizadas serão responsáveis por gerarcarga térmica suficiente para a operação da coluna a vácuo. Com isso, tem-se a redução do consumo de utilidades quentes e frias do processo.
Em plantas de destilação que utilizam a tecnologia de múltiploefeito, a carga é dividida em duas colunas que operam em diferentes pres-sões. A coluna com maior pressão terá uma carga térmica em seu produtode topo possível de ser utilizada como refervedor da coluna operando commenor pressão. Com isso, há uma redução do consumo de utilidades neces-sárias para geração de carga térmica.
Engelien, H.K. e Skogestad, S., no artigo entitulado "Multi-EffectDistillation Applied to an Industrial Case Study" (Chemical Engineering andProcessing. 44, pp.. 819-826, 2005), simulam três casos: sem integraçãoenergética, arranjo de divisão ("split") indireto e uma pré-fracionadora demúltiplo efeito visando a verificação de qual dos arranjos teria um menorconsumo de vapor. O estudo mostrou que se um retroajuste das colunas fornecessário, então o arranjo de split indireto se mostra o mais adequado, en-quanto que se uma nova planta for construída, então o arranjo de integraçãocom a pré-fracionadora deve ser considerado, pois apresenta o menor con-sumo de vapor.
A presente invenção refere-se a um processo e a um sistemapara a produção de álcool, particularmente etanol, por destilação com otimi-zação energética utilizando a tecnologia de múltiplo efeito.
O processo e o sistema da presente invenção permitem que seproduza álcool por destilação utilizando a tecnologia de múltiplo efeito combaixa pressão e baixa perda de carga. Há um aumento mínimo de pressãonas correntes de vapor utilizadas nas colunas de epuração e de retificação,o que faz com que haja uma maior redução do consumo de utilidades quen-tes e frias do processo necessárias para geração de carga térmica. Alémdisso, há baixa perda de carga <25 Kpa (< 0,25 bar) em função do trocadorde calor utilizado na presente invenção, que permite trocas térmicas compequenas diferenças de temperatura entre os fluidos de troca, e da últimacoluna de retificação utilizada, que opera preferivelmente a vácuo e compre-ende uma seção de recheio.
Breve descrição das Figuras
A Figura 1 representa um fluxograma do processo para a produção deálcool por destilação de múltiplo efeito de acordo com a presente invenção,mostranda correntes e equipamentos essenciais, preferenciais e opcionais,desde a alimentação do vinho até a obtenção do álcool hidratado.
A Figura 2 representa um fluxograma de uma modalidade preferida doprocesso para a produção de álcool por destilação de múltiplo efeito de a-cordo com a presente invenção, mostranda correntes e equipamentos es-senciais, preferenciais e opcionais, desde a alimentação do vinho até a ob-tenção do álcool hidratado.
Descrição da invenção
A presente invenção refere-se a um processo e a um sistemapara a produção de álcool por destilação com otimização energética utilizan-do a tecnologia de múltiplo efeito.
O processo da presente invenção compreende:
a) dividir uma corrente de vinho 1 para alimentação em duascolunas de epuração 2 e 3, sendo que a coluna de epuração 2 gera umacorrente de flegma 4 e a coluna de epuração 3 gera uma corrente de flegma5 e uma corrente de vinhaça 6;
b) alimentar a corrente de flegma 4 em pelo menos uma colu-na de retificação 7 gerando uma corrente de topo 8 e uma corrente de álcoolhidratado 9;
c) efetuar a troca de calor entre a corrente de topo 8 proveni-ente da pelo menos uma coluna de retificação 7 e a corrente de vinhaça 6proveniente da coluna de epuração 3 em pelo menos um trocador de calor 10; e
d) alimentar a corrente de flegma 5 em uma coluna de retifi-cação 11 gerando uma corrente de álcool hidratado 12.
Portanto, o sistema da presente invenção compreende:
a) uma coluna de epuração 2 que recebe uma parte de umacorrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 4;
b) uma coluna de epuração 3 que recebe a outra parte deuma corrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 5 e uma correntede vinhaça 6;
c) pelo menos uma coluna de retificação 7 que recebe a cor-rente de flegma 4 gerando uma corrente de topo 8 e uma corrente de álcoolhidratado 9;
d) pelo menos um trocador de calor 10 que efetua a troca decalor entre a corrente de topo 8 proveniente da pelo menos uma coluna deretificação 7 e a corrente de vinhaça 6 proveniente da coluna de epuração 3;e
e) uma coluna de retificação 11 que recebe a corrente deflegma 5 gerando uma corrente de álcool hidratado 12.
A presente invenção refere-se ainda ao álcool hidratado produ-zido pelo processo descrito acima e a um processo para a produção de ál-cool anidro compreendendo o processo descrito acima e uma etapa posteri-or de desidratação do álcool hidratado assim produzido.
Descrição detalhada da invenção
Um dos objetivos da presente invenção é prover um processopara a produção de álcool por destilação de múltiplo efeito, compreendendoas seguintes etapas:
a) dividir uma corrente de vinho 1 para alimentação em duascolunas de epuração 2 e 3, sendo que a coluna de epuração 2 gera umacorrente de flegma 4 e a coluna de epuração 3 gera uma corrente de flegma5 e uma corrente de vinhaça 6;
b) alimentar a corrente de flegma 4 em pelo menos uma colunade retificação 7 gerando uma corrente de topo 8 e uma corrente de álcoolhidratado 9;
c) efetuar a troca de calor entre a corrente de topo 8 provenien-te da pelo menos uma coluna de retificação 7 e a corrente de vinhaça 6 pro-veniente da coluna de epuração 3 em pelo menos um trocador de calor 10; e
d) alimentar a corrente de flegma 5 em uma coluna de retifica-ção 11 gerando uma corrente de álcool hidratado 12.
O processo de acordo com a presente invenção permite que acoluna de epuração 2 e a dita pelo menos uma coluna de retificação 7 ope-rem em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mca (metros de co-Iuna d'água) absolutos, o que eqüivale a uma faixa de cerca de 98 a 245KPa absolutos. Preferivelmente, a coluna de epuração 3 e a coluna de retifi-cação 11 operam a vácuo. O arranjo descrito acima de colunas pressuriza-das e colunas a vácuo apresenta um melhor equilíbrio entre o consumo devapor e a produção de álcool hidratado.
O dito pelo menos um trocador de calor 10 utilizado no processoé, de preferência, um trocador de falling film, mais conhecido como trocadordo tipo Falling Film. Trata-se de uma construção de tubos confeccionadosem aço inox, blindados, em que a corrente de topo 8 proveniente da pelomenos uma coluna de retificação 7 circula entre os tubos e a corrente devinhaça 6 proveniente da coluna de epuração 3 escorre pela parede internado tubo. A grande vantagem do trocador de calor do tipo falling film é que eleoferece uma altíssima taxa de transferência de calor por unidade de volumede líquido.
Como o funcionamento desse tipo de trocador impede que hajaformação de coluna de líquido, o trocador do tipo falling film possui a vanta-gem de impor uma perda de carga bem menor se comparada à encontradaquando se utilizam outros trocadores de calor, tais como, por exemplo, orefervedor vertical tipo termossifão utilizado no processo descrito no pedidode patente Pl 8203199. Além disso, esse trocador permite troca térmica commenor diferença de temperatura entre as correntes, por possuir um maiorcoeficiente de troca térmica.
O trocador do tipo falling film é o trocador preferido para o pro-cesso da presente invenção por permitir trocas térmicas com pequenas dife-renças de temperatura entre os fluidos de troca, além de ser de fácil contro-le, permitindo que o processo de destilação de múltiplo efeito seja efetuado abaixa pressão e com baixa perda de carga.
Após passarem pelo dito pelo menos um trocador de calor 10, acorrente de topo 8 retorna à dita pelo menos uma coluna de retificação 7 e acorrente de vinhaça 6 retorna à coluna de epuração 3.
Opcionalmente, pode-se realizar a retirada de óleo fúsel das co-lunas de retificação 7 e 11, gerando as correntes 13 e 14, respectivamente.
As colunas de retificação 7 e 11 também geram correntes deflegmaça 15 e 16, respectivamente, que podem ser descartadas ou, preferi-velmente, podem retornar às colunas de depuração 2 e 3, respectivamente.
Em uma modalidade preferida da presente invenção, represen-tada pelo fluxograma da Figura 2, o processo descrito acima se apresentacomo se segue:
i) a corrente de flegma 4 é dividida para alimentação em duascolunas de retificação T e 7", cada uma gerando uma corrente de topo 8' e8" e uma corrente de álcool hidratado 9' e 9", respectivamente;
ii) uma corrente de vinhaça 6 proveniente da coluna de epuração3 é dividida em duas correntes de vinhaça 6' e 6";
iii) a corrente de topo 8' proveniente da coluna de retificação Ttroca calor com a corrente de vinhaça 6' em um trocador de calor 10'; e
iv) a corrente de topo 8" proveniente da coluna de retificação 7"troca calor com a corrente de vinhaça 6" em um trocador de calor 10".
Conforme mencionado anteriormente, aqui também nessa mo-dalidade preferida pode-se operar a coluna de epuração 2 e as colunas deretificação T e 7" em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mwc(metros de coluna d'água) absolutos, o que eqüivale a uma faixa de cerca de98 a 245 KPa absolutos. Preferivelmente, a coluna de epuração 3 e a colunade retificação 11 operam a vácuo.
Os trocadores de calor 10' e 10" são, preferivelmente, trocado-res do tipo falling film, conforme mencionado anteriormente. Após passarempelo trocador de calor 10', a corrente de topo 8' retorna à coluna de retifica-ção T e a corrente de vinhaça 6' retorna à coluna de epuração 3. Do mesmomodo, após passarem pelo trocador de calor 10", a corrente de topo 8" re-torna à coluna de retificação 7" e a corrente de vinhaça 6" retorna à colunade epuração 3.Opcionalmente, pode-se realizar a retirada de óleo fúsel das co-lunas de retificação 7', 7" e 11, gerando as correntes 13', 13" e 14, respecti-vamente.
As colunas de retificação 7', 7" e 11 também geram correntes deflegmaça 15', 15" e 16, respectivamente. A corrente de flegmaça 15" podeser descartada ou, preferivelmente, pode ser alimentada na coluna de retifi-cação 7'. As correntes de flegmaça 15' e 16 podem ser descartadas ou, pre-ferivelmente, podem retornar às colunas de epuração 2 e 3, respectivamen-te.
Outra modalidade preferida do processo da presente invençãorefere-se à coluna de retificação 11. Para se reduzir a perda de carga totaldo arranjo de al imentação dividida da presente invenção, a coluna de retifi-cação 11 preferivelmente compreende pelo menos uma seção de recheio.
A utilização de seções de recheio permite não só grande redu-ção na perda de carga como também é o tipo de interno de coluna ideal paraoperação no regime spray, como pode ser o caso da coluna de retificação11. Além disso, como a seção de recheio se encontra em uma região queopera a baixas temperaturas, a utilização de recheios plásticos se torna viá-vel. Este tipo de recheio possui um custo reduzido e não é quimicamentesensível. Particularmente, a dita pelo menos uma seção de recheio da colu-na de retificação 11 compreende recheio randômico ou recheio plástico, co-mo por exemplo recheio do tipo Pall Ring.
Como de acordo com essa modalidade da presente invenção, oóleo alto, importante subproduto do processo, não forma duas fases na regi-ão de retirada, pode-se fazer uma retirada parcial destes componentes naseção de recheio da coluna de retificação 11. Já o óleo baixo, outro impor-tante subproduto do processo, pode formar duas fases na região da colunaem que ele é retirado. Esta possibilidade aumenta na operação a vácuo, poisas temperaturas são menores (50-60-C) que em condições de operação atmosférica.
Portanto, preferivelmente, a coluna dé retificação 11 compreen-de, abaixo da seção de recheio, uma seção com pratos calotados e, abaixoda seção com pratos calotados, uma seção com pratos perfurados, que cau-sam menor perda de carga.
Particularmente, a coluna de retificação 11 compreende pelomenos uma seção de recheio, visando à redução de perda de carga no pro-cesso e retirada do produto final (álcool hidratado) e do óleo alto, e outrasduas seções com pratos. Uma dessas utiliza pratos perfurados e a outra uti-liza pratos calotados para retirada do óleo baixo. Assim, a coleta de óleobaixo acontece em uma seção com pratos calotados ao mesmo tempo emque a seção com pratos perfurados garante mais uma redução na perda decarga da coluna de retificação 11, o que significa um melhor desempenhodos trocadores de calor na integração energética.
Outro objetivo da presente invenção é prover um sistema para aprodução de álcool por destilação de múltiplo efeito, compreendendo:
a) uma coluna de epuração 2 que recebe uma parte de umacorrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 4;
b) uma coluna de depuração 3 que recebe a outra parte de umacorrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 5 e uma corrente devinhaça 6;
c) pelo menos uma coluna de retificação 7 que recebe a corren-te de flegma 4 gerando uma corrente de topo 8 e uma corrente de álcool hi-dratado 9;
d) pelo menos um trocador de calor 10 que efetua a troca decalor entre a corrente de topo 8 proveniente da pelo menos uma coluna deretificação 7 e a corrente de vinhaça 6 proveniente da coluna de epuração 3; e
e) uma coluna de retificação 11 que recebe a corrente de fleg-ma 5 gerando uma corrente de álcool hidratado 12.
O sistema de acordo com a presente invenção permite que acoluna de epuração 2 e a dita pelo menos uma coluna de retificação 7 ope-rem em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mca (metros de co-luna d'água) absolutos, o que eqüivale a uma faixa de cerca de 98 a 245KPa absolutos. Preferivelmente, a coluna de epuração 3 e a coluna de retifi-cação 11 operam a vácuo. O arranjo descrito acima de colunas pressuriza-das e colunas a vácuo apresenta um melhor equilíbrio entre o consumo devapor e a produção de álcool hidratado.
O dito pelo menos um trocador de calor 10 utilizado no processoé, de preferência, um trocador de falling film, mais conhecido como trocadordo tipo falling film.
De preferência, a pelo menos uma coluna de retificação 7 rece-be a corrente de topo 8 e a coluna de epuração 3 recebe a corrente de vi-nhaça 6, após as ditas correntes passarem pelo dito pelo menos um trocadorde calor 10.
Opcionalmente, pode-se realizar a retirada de óleo fúsel das co-lunas de retificação 7 e 11, gerando as correntes 13 e 14, respectivamente.
As colunas de retificação 7 e 11 também geram correntes deflegmaça 15 e 16, respectivamente, que podem ser descartadas ou, preferi-velmente, podem retornar às colunas de epuração 2 e 3, respectivamente.
Em uma modalidade preferida da presente invenção, represen-tada pelo fluxograma da Figura 2, o sistema descrito acima se apresentacomo se segue:
i) a pelo menos uma coluna de retificação 7 consiste em duascolunas de retificação T e 7", cada uma gerando uma corrente de topo 8' e8" e uma corrente de álcool hidratado 9' e 9", respectivamente;
ii) uma corrente de vinhaça 6 proveniente da coluna de epura-ção 3 é dividida em duas correntes de vinhaça 6' e 6";
iii) pelo menos um trocador de calor 10 consiste em dois troca-dores de calor 10' e 10";
iv) o trocador de calor 10' efetua a troca de calor entre a corren-te de topo 8' proveniente da coluna de retificação T e a corrente de vinhaça6'; e
ν) o trocador de calor 10" efetua a troca de calor entre a corren-te de topo 8" proveniente da coluna de retificação 7" e a corrente de vinhaça6".
Conforme mencionado anteriormente, aqui também nessa mo-dalidade preferida pode-se operar a coluna de epuração 2 e as colunas deretificação 7' e 7" em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mwc(metros de coluna d'água) absolutos, o que eqüivale a uma faixa de cerca de98 a 245 KPa absolutos. Preferivelmente, a coluna de epuração 3 e a colunade retificação 11 operam a vácuo.
Os trocadores de calor 10' e 10" são, preferivelmente, trocado-res do tipo falling film, conforme mencionado anteriormente. Preferivelmente,a referida pelo menos uma coluna de retificação T recebe a corrente de topo8' e a coluna de epuração 3 recebe a corrente de vinhaça 6', após as ditascorrentes passarem pelo trocador de calor 10'. Do mesmo modo, a colunade retificação 7" recebe a corrente de topo 8" e ã coluna de epuração 3 re-cebe a corrente de vinhaça 6", após as ditas correntes passarem pelo troca-dor de calor 10".
Opcionalmente, pode-se realizar a retirada de óleo fúsel das co-lunas de retificação 7', 7" e 11, gerando as correntes 13', 13" e 14, respectivãmente.
As colunas de retificação 7', 7" e 11 também geram correntes deflegmaça 15', 15" e 16, respectivamente, que podem ser descartadas oureutilizadas. Preferivelmente, a coluna de retificação 7' recebe a corrente deflegmaça 15" e as colunas de epuração 2 e 3 recebem as correntes de fleg-maça 15' e 16, respectivamente.
Outra modalidade preferida do sistema da presente invençãorefere-se à coluna de retificação 11, conforme já mencionado acima comrelação ao processo da presente invenção. Para se reduzir a perda de cargatotal do sistema, a coluna de retificação 11 preferivelmente compreende pelomenos uma seção de recheio, de preferência recheio plástico ou recheiorandômico.
Particularmente, a coluna de retificação 11 compreende, abaixoda seção de recheio, uma seção com pratos calotados e, abaixo da seçãocom pratos calotados, uma seção com pratos perfurados, que causam me·nor perda de carga.
Assim, o processo e o sistema descritos acima permitem que seproduza álcool por destilação utilizando a tecnologia de múltiplo efeito comotimização energética, baixa pressão e baixa perda de carga. A coluna deepuração 2 e a dita pelo menos uma coluna de retificação 7 podem operarem baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mca (metros de colunad'água) absolutos, o que eqüivale a uma faixa de cerca de 98 a 245 KPaabsolutos. Graças à presente invenção, as correntes de vapor V das colunasde epuração e de retificação sofrem um aumento mínimo de pressão, o quefaz com que haja uma maior redução do consumo de utilidades quentes efrias do processo necessárias para geração de carga térmica, gerando tam-bém redução de custos.
Além disso, há baixa perda de carga total do sistema < 25 Kpa(< 0,25 bar) em função da utilização do dito pelo menos um trocador de calor10, que permite trocas térmicas com pequenas diferenças de temperaturaentre os fluidos de troca, além de ser de fácil controle, e da coluna de retifi-cação 11, que preferivelmente opera a vácuo e compreende uma seção derecheio com maior eficiência dos pratos.
As etapas do processo e os equipamentos do sistema da pre-sente invenção estão muito interligados entre si, o que faz com que os pa-râmetros e características de uma coluna afetem decisivamente os da outra.Mesmo com tais dificuldades e restrições, o processo e o sistema da presen-te invenção permitem uma folga operacional da ordem de 15%, que pode serrevertida em melhor desempenho dos equipamentos de troca térmica daintegração energética.
A presente invenção refere-se ainda ao álcool hidratado produ-zido pelo processo da presente invenção, conforme descrito acima.
A presente invenção refere-se também a um processo para aprodução de álcool anidro compreendendo o processo descrito acima e umaetapa posterior de desidratação do álcool hidratado assim produzido. Porexemplo, o álcool hidratado produzido pelo processo da presente invençãopode seguir para uma coluna de desidratação em cujo topo é adicionadobenzeno, de modo a formar uma mistura azeotrópica ternária benzeno-água-álcool, permitindo assim que se retire álcool anidro do fundo da coluna. Ou-tro exemplo seria encaminhar o álcool hidratado produzido pelo processo dapresente invenção a um sistema de peneiras moleculares de modo a efetuara desidratação do álcool hidratado, formando assim o álcool anidro.
Deve ser entendido que a presente invenção abrange outrasmodalidades e configurações além daquelas descritas no presente relatóriodescritivo e desenhos, sendo limitada tão somente pelo escopo das reivindi-cações apensas.
Claims (44)
1. Processo para a produção de álcool por destilação de múltiploefeito, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:a) dividir uma corrente de vinho (1) para alimentação em duascolunas de epuração (2, 3), a coluna de epuração (2) gerando uma correntede flegma (4) e a coluna de epuração (3) gerando uma corrente de flegma(5) e uma corrente de vinhaça (6);b) alimentar a corrente de flegma (4) em pelo menos uma co-luna de retificação (7) gerando uma corrente de topo (8) e uma corrente deálcool hidratado (9);c) efetuar a troca de calor entre a corrente de topo (8) proveni-ente de pelo menos uma coluna de retificação (7) e a corrente de vinhaça (6)proveniente da coluna de epuração (3) em pelo menos um trocador de calor (10); ed) alimentar a corrente de flegma (5) em uma coluna de retifi-cação (11) gerando uma corrente de álcool hidratado (12).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que coluna de epuração (2) opera em baixa pressão e a coluna deepuração (3) opera a vácuo.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a pelo menos uma coluna de retificação (7) opera em baixapressão e a coluna de retificação (11) opera a vácuo.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um trocador de calor (10) édo tipo falling film.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-4, caracterizado pelo fato de que há retirada de óleo fúsel (13, 14) das colu-nas de retificação (7) e (11).
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, caracterizado pelo fato de que as colunas de retificação (7) e (11) geramcorrentes de flegmaça (15) e (16), respectivamente.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que as correntes de flegmaça (15) e (16) retornam às colunas de e-puração (2) e (3), respectivamente.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-7, caracterizado pelo fato de que, após passarem pelo dito pelo menos umtrocador de calor (10), a corrente de topo (8) retorna à dita pelo menos umacoluna de retificação (7) e a corrente de vinhaça (6) retorna à coluna de epu-ração (3).
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque:i) a corrente de flegma (4) é dividida para alimentação emduas colunas de retificação (7', 7"), cada uma gerando uma corrente de topo(8', 8") e uma corrente de álcool hidratado (9', 9");ii) a corrente de vinhaça (6) proveniente da coluna de epu-ração (3) é dividida em duas correntes de vinhaça (6', 6");iii) a corrente de topo (8') proveniente da coluna de retifica-ção (7') troca calor com a corrente de vinhaça (6') em um trocador de calor(10'); eiv) a corrente de topo (8") proveniente da coluna de retifica-ção (7") troca calor com a corrente de vinhaça (6") em um trocador de calor(10").
10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a coluna de epuração (2) opera em baixa pressão e a colu-na de epuração (3) opera a vácuo.
11. Processo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracteri-zado pelo fato de que as colunas de retificação (7', 7") operam sob baixapressão e a coluna de retificação (11) opera a vácuo.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9a 11, caracterizado pelo fato de que os trocadores de calor (10', 10") são dotipo falling film.
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9a 12, caracterizado pelo fato de que há retirada de óleo fúsel (13', 13", 14)das colunas de retificação (7'), (7") e (11).
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9a 13, caracterizado pelo fato de que as colunas de retificação (7'), (7") e (11)geram correntes de flegmaça (15'), (15") e (16), respectivamente.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que a corrente de flegmaça (15") é alimentada na coluna de reti-ficação (7') e as correntes de flegmaça (15') e (16) retornam às colunas deepuração (2) e (3), respectivamente.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9a 15, caracterizado pelo fato de que, após passarem pelo trocador de calor(10'), a corrente de topo (8') retorna à coluna de retificação (7') e a correntede vinhaça (6') retorna à coluna de epuração (3).
17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9a 16, caracterizado pelo fato de que, após passarem pelo trocador de calor(10"), a corrente de topo (8") retorna à coluna de retificação (7") e a correntede vinhaça (6") retorna à coluna de epuração (3).
18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 17, caracterizado pelo fato de que a coluna de retificação (11) compreendepelo menos uma seção de recheio.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma seção de recheio compreende recheioplástico ou recheio randômico.
20. Processo de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracteri-zado pelo fato de que a coluna de retificação (11) compreende uma seçãocom pratos calotados abaixo da seção de recheio.
21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que a coluna de retificação (11) compreende uma seção compratos perfurados abaixo da seção com pratos calotados.
22. Sistema para a produção de álcool por destilação de múltiploefeito, caracterizado pelo fato de que compreende:a) uma coluna de epuração (2) que recebe uma parte de umacorrente de vinho (1) gerando uma corrente de flegma (4);b) uma coluna de epuração (3) que recebe a outra parte deuma corrente de vinho (1) gerando uma corrente de flegma (5) e uma corren-te de vinhaça (6);c) pelo menos uma coluna de retificação (7) que recebe a cor-rente de flegma (4) gerando uma corrente de topo (8) e uma corrente de ál-cool hidratado (9);d) pelo menos um trocador de calor (10) que efetua a troca decalor entre a corrente de topo (8) proveniente da pelo menos uma coluna deretificação (7) e a corrente de vinhaça (6) proveniente da coluna de epuração(3); ee) uma coluna de retificação (11) que recebe a corrente deflegma (5) gerando uma corrente de álcool hidratado (12).
23. Sistema de acordo com a reivindicação 22, caracterizadopelo fato de que coluna de epuração (2) opera em baixa pressão e a colunade epuração (3) opera a vácuo.
24. Sistema de acordo com a reivindicação 22 ou 23, caracteri-zado pelo fato de que a pelo menos uma coluna de retificação (7) opera embaixa pressão e a coluna de retificação (11) opera a vácuo.
25. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22a 24, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um trocador de calor (10)é do tipo falling film.
26. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22a 25, caracterizado pelo fato de que há retirada de óleo fúsel (13, 14) dascolunas de retificação (7) e (11).
27. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22a 26, caracterizado pelo fato de que as colunas de retificação (7) e (11) ge-ram correntes de flegmaça (15) e (16), respectivamente.
28. Sistema de acordo com a reivindicação 27, caracterizadopelo fato de que as colunas de epuração (2) e (3) recebem as correntes deflegmaça (15) e (16), respectivamente.
29. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22a 28, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma coluna de retificação(7) recebe a corrente de topo (8) e a coluna de epuração (3) recebe a cor-rente de vinhaça (6), após as ditas correntes passarem pelo dito pelo menosum trocador de calor (10).
30. Sistema de acordo com a reivindicação 22, caracterizadopelo fato de que:i) pelo menos uma coluna de retificação (7) consiste emduas colunas de retificação (7', 7"), cada uma gerando uma corrente de topo(8', 8") e uma corrente de álcool hidratado (9', 9");ii) a corrente de vinhaça (6) proveniente da coluna de epu-ração (3) é dividida em duas correntes de vinhaça (6', 6");iii) o referido pelo menos um trocador de calor (10) consisteem dois trocadores de calor (10', 10");iv) o trocador de calor (10') efetua a troca de calor entre acorrente de topo (8') proveniente da coluna de retificação (7') e a corrente devinhaça (6'); eν) o trocador de calor (10") efetua a troca de calor entre acorrente de topo (8") proveniente da coluna de retificação (7") e a correntede vinhaça (6").
31. Sistema de acordo com a reivindicação 30, caracterizadopelo fato de que a coluna de epuração (2) opera em baixa pressão e a colu-na de epuração (3) opera a vácuo.
32. Sistema de acordo com a reivindicação 31 ou 30, caracteri-zado pelo fato de que as colunas de retificação (7', 7") operam sob baixapressão e a coluna de retificação (11) opera a vácuo.
33. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 30a 32, caracterizado pelo fato de que os trocadores de calor (10', 10") são dotipo falling film.
34. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 30a 33, caracterizado pelo fato de que há retirada de óleo fúsel (13', 13", 14)das colunas de retificação (7'), (7") e (11).
35. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 30a 34, caracterizado pelo fato de que as colunas de retificação (7'), (7") e (11)geram correntes de flegmaça (15'), (15") e (16), respectivamente.
36. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizadopelo fato de que a coluna de retificação (7') recebe a corrente de flegmaça(15") e as colunas de epuração (2) e (3) recebem as correntes de flegmaça(15') e (16), respectivamente.
37. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 30a 36, caracterizado pelo fato de que a coluna de retificação (7') recebe a cor-rente de topo (8') e a coluna de depuração (3) recebe a corrente de vinhaça(6'), após as ditas correntes passarem pelo trocador de calor (10').
38. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 30a 37, caracterizado pelo fato de que a coluna de retificação (7") recebe acorrente de topo (8") e a coluna de epuração (3) recebe a corrente de vinha-ça (6"), após as ditas correntes passarem pelo trocador de calor (10").
39. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22a 38, caracterizado pelo fato de que a coluna de retificação (11) compreendepelo menos uma seção de recheio.
40. Sistema de acordo com a reivindicação 39, caracterizadopelo fato de que a pelo menos uma seção de recheio compreende recheioplástico ou recheio randômico.
41. Sistema de acordo com a reivindicação 39 ou 40, caracteri-zado pelo fato de que a coluna de retificação (11) compreende uma seçãocom pratos calotados abaixo da seção de recheio.
42. Sistema de acordo com a reivindicação 41, caracterizadopelo fato de que a coluna de retificação (11) compreende uma seção compratos perfurados abaixo da seção com pratos calotados.
43. Álcool hidratado caracterizado pelo fato de ser produzidopelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 21.
44. Processo para a produção de álcool anidro, caracterizadopelo fato de que compreende desidratar o álcool hidratado como definido nareivindicação 43 para produzir o álcool anidro.
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