BR112013025749B1

BR112013025749B1 - sistemas e métodos para fracionamento de vinhaça

Info

Publication number: BR112013025749B1
Application number: BR112013025749A
Authority: BR
Inventors: Alan Bootsma Jason
Original assignee: Poet Res Incorporated
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2020-01-14
Also published as: EP2699655A4; US20140242251A1; US20190390146A1; US10465152B2; WO2012145230A1; US9290728B2; CA2833025A1; CA2833025C; EP2699655A1; BR112013025749A2; US11104873B2; US20210214659A1; US11905502B2; MX2013012195A; US20160152931A1

Abstract

sistemas e métodos para fracionamento de vinhaça a presente invenção fornece sistemas e métodos para fracionar toda a vinhaça de uma instalação de produção de etanol. a vinhaça total sofre uma separação da sua porção líquida (vinhaça fina) da porção sólida (massa fibrosa). em algumas concretizações, 5 os sólidos e líquidos em toda a vinhaça podem ser separados utilizando uma centrífuga de peneiração. a massa fibrosa pode ser seca para produzir um alimento animal rico em fibras. a vinhaça fina pode ser fornecida a um separador de três fases para a separação em uma emulsão de óleo, uma vinhaça clarificada aquosa, e uma pasta de proteina. a pasta de pro10 teina pode ser seca para gerar um alimento animal com alto teor de proteínas, maior do que cerca de 45% de conteúdo de proteínas. a vinhaça fina clarificada é condensada para se obter um xarope com mais do que cerca de 60% de sólidos. a emulsão de óleo é submetida a um ajuste do ph para libertar o óleo da emulsão, que é então separado.

Description

“SISTEMAS E MÉTODOS PARA FRACIONAMENTO DE VINHAÇA”

Referência Cruzada

O presente pedido reivindica os benefícios do Pedido Provisório US de Número de série 61/476,702, depositado em 18 de Abril de 2011, e intitulado “SYSTEMS AND METHODS FOR STILLAGE FRACTIONATION”, o qual se se encontra aqui incorporado por referência em sua totalidade.

Campo da Invenção

A descrição do objeto se refere um sistemas e métodos para o fracionamento de vinhaça fina e total em uma instalação de produção de etanol.

Antecedentes

Etanol tradicionalmente tem sido produzido a partir de matérias-primas com base em grãos (por exemplo, milho, sorgo/milo, cevada, trigo, sojas, etc.), ou a partir de açúcar (por exemplo, cana de açúcar, açúcar de beterrabas, etc.).

Em uma instalação convencional de etanol milho, cana de açúcar, outro grão, beterrabas, ou outras plantas são usados como a matéria-prima e etanol é produzido a partir do amido contido dentro do milho, ou outra matéria-prima vegetal. No caso de uma instalação de milho, grãos de milho são limpos e triturados para preparar material contendo amido para processamento. Grãos de milho podem também ser fracionados para separar o material contendo amido (por exemplo, endosperma) a partir de outra matéria (tal como fibra e germe). O tratamento inicial da matéria-prima varia pelo tipo de matéria-prima. Em geral, entretanto, o amido e o açúcar contidos no material vegetal são extraídos usando uma combinação de meios mecânicos e químicos.

O material contendo amido é tratado para formar uma pasta com água e liquefeito para facilitar sacarificação, onde o amido é convertido em açúcar (por exemplo, glicose), e fermentação, onde o açúcar é convertido por um etanologênio (por exemplo, levedura) em etanol. O produto de fermentação é cerveja, que compreende um componente líquido, incluindo etanol, água, e componentes solúveis, e um componente sólido, incluindo matéria particulada não fermentada (entre outras coisas). O produto de fermentação é enviado para um sistema de destilação onde o produto de fermentação é destilado e desidratado em etanol. A matéria residual (por exemplo, vinhaça total) compreende água, componentes solúveis, óleo, e sólidos não fermentados (por exemplo, o componente sólido da cerveja com substancialmente todo o etanol removido, que pode ser seco em grão seco de destilaria (DDG) e vendido, por exemplo, como um produto de alimentação animal). Outros co-produtos (por exemplo, xarope e óleo contido no xarope) podem também ser recuperados a partir da vinhaça total.

Em uma típica instalação de etanol um maciço volume de vinhaça total é em geral produzido. De fato, para uma típica instalação de etanol a quantidade de vinhaça total pro

2/13 duzida pode ser de aproximadamente 13.4 galões por alqueire de milho processado. De modo geral, um terço da matéria-prima de milho é presente na vinhaça total como sólidos dissolvidos e suspensos. A vinhaça contém quase 90% de água. Vinhaça total é responsável por uma porção substancial da água de lavagem gerada pelas instalações de etanol. O custo financeiro da água, o seu tratamento e o seu descarte (tipicamente através de evaporação) podem ser significantes.

Embora a vinhaça seja tipicamente vista as uma responsabilidade para uma instalação de etanol, é possível se gerar um número de co-produtos de alto valor a partir da vinhaça. Por exemplo, óleo em vinhaça, alimentações de alto teor proteico, e xaropes são todos capazes de serem gerados a partir de vinhaça e vendidos como co-produtos de maior valor. Atualmente, com o interesse de aprimorar as eficiências das instalações de etanol, a vinhaça total é com frequência separada em dois componentes: um componente sólido e um componente líquido. Separação pode ser realizada usando centrifugação, ou filtro e pressão. O componente sólido pode ser seco para gerar grãos secos de destilaria (DDG) que é vendido como alimento para animais. O componente líquido, conhecido como vinhaça fina, pode ser seco e usado para aumentar o teor de gordura de DDG para produzir DDGS (Grãos secos de destilaria com solúveis). Esse processo requer a secagem de uma grande quantidade de água, que é energia muita intensa e antieconômica. Vinhaça fina pode também ser reciclada na instalação, tal como para a substituição de alguma porção da água usada durante fermentação (corrente contrária de fermentação).

Adicionalmente, há atualmente uma forte pressão para gerar óleo de milho a partir de vinhaça, na medida em que o óleo é uma mercadoria de valor particularmente alto, e para considerações legislativas e legais. De modo ideal, uma instalação de etanol pode gerar um mínimo de 0,603 kg (1,33 libras) de produto de óleo por alqueire de milho processado. Uma série de métodos de recuperação de óleo é conhecida, mas até o presente nenhuma alcançou mais do que cerca de 0,454 kg (uma libra) de óleo por alqueire. Adicionalmente, processos convencionais para recuperar óleo a partir de produtos de fermentação com frequência sacrificam a qualidade do óleo de modo que o óleo contém altos níveis de ácidos graxos livres. A presença de um alto nível de ácidos graxos livres pode alavancar a produção de produtos finais tais como, por exemplo, o rendimento e a qualidade de qualquer biodiesel eventualmente produzido com o óleo como a matéria-prima.

Por exemplo, o pedido de patente PCT/US2009/045163 (intitulado “METHODS FOR PRODUCING A HIGH PROTEIN CORN MEAL FROM A WHOLE STILLAGE BYPRODUCT AND SYSTEM THEREFORE’) descreve um processo para separar vinhaça total em uma porção sólida e a vinhaça fina. A vinhaça fina é mais uma vez separada em uma proteína e a porção solúvel em água. Uma fração de óleo pode ser separada a partir da porção de água via evaporação. No método do pedido PCT, o óleo é recuperado pós evapo

3/13 ração, o que provavelmente resulta em reduções de rendimento e sacrifica a qualidade do óleo.

Outro método de recuperação de óleo atual é descrito pela patente US 7,829,680 (intitulado “SYSTEM AND METHOD FOR ISOLATION OF GLUTEN AS A CO-PRODUCT OF ETANOL PRODUCTION’). Nesse método, uma pluralidade de telas é utilizada para separar um produto de fibra a partir de um produto de óleo/proteína. O óleo e proteína podem então ser separados via centrifugação.

Embora os referidos sistemas e métodos conhecidos possam gerar co-produtos valiosos a partir de vinhaça de produção de etanol, eles têm inconvenientes inerentes relacionados à qualidade do óleo, quantidade de óleo recuperado, itens de equilíbrio de água, e composição dos produtos de proteína isolados.

Sumário

Os aspectos descritos se referem a sistemas e métodos para o fracionamento de vinhaça total a partir de uma instalação de produção de etanol. O sistema de fracionamento gera múltiplos co-produtos valiosos ao mesmo tempo em que reduz a demanda por energia em muitos métodos tradicionais de tratamento de vinhaça.

Nos sistemas e métodos descritos, a vinhaça total sofre uma separação de sua porção líquida (vinhaça fina) a partir de sua porção sólida (pasta de fibra). Essa separação pode ser realizada utilizando membranas, prensas de parafuso, centrífugas, ou outros meios adequados. Em algumas modalidades, os sólidos e líquidos em vinhaça total podem ser separados utilizando uma centrífuga de peneiração.

A pasta de fibra pode ser seca para gerar um alimento com alto teor de fibra para animais. A vinhaça fina pode ser proporcionada a um separador de três fases para separação em uma emulsão de óleo, uma vinhaça clarificada aquosa, e uma pasta de proteína. Em algumas modalidades, o separador de três fases pode incluir uma centrífuga de bocal de disco ou outro dispositivo separador adequado.

A pasta de proteína pode ser seca para gerar um alimento com alto teor de proteína para animais. Em alguns casos, o referido alimento pode ter mais do que cerca de 45% de teor de proteína. Em modalidades alternativas, a pasta de proteína pode ser retornada para a pasta de fibra antes de secagem de modo a alterar a constituição nutricional da alimentação para animais produzida.

A vinhaça fina clarificada pode ser utilizada como corrente contrária de fermentação, ou outra fonte de agua de constituição, dentro de uma instalação de produção de etanol, por exemplo. Alternativamente, alguma ou toda a vinhaça clarificada pode ser condensada, utilizando um evaporador ou outro dispositivo adequado, para produzir um xarope. O xarope (xarope com alto teor de sólido) pode ser utilizado como um produto de alimentação animal. Em geral, o xarope pode conter entre cerca de 30% e cerca de 40% de umidade,

4/13 mais do que cerca de 10% de proteína, menos do que cerca de 1% de fibra, entre cerca de 6% e cerca de 10% de gordura, e entre cerca de 5% a cerca de 7% cinzas.

A emulsão de óleo pode ser submetida a um ajuste de pH para liberar o óleo a partir da emulsão. O ajuste de pH pode utilizar um cáustico para trazer o pH da emulsão a cerca de 8,0 a cerca de 8,5. O óleo pode ser separado a partir da emulsão utilizando a centrífuga, ou outro dispositivo de separação adequado. O óleo resultante pode incluir mais do que cerca de 97% de gordura. Adicionalmente, em algumas modalidades, cerca de 0,603 ou mais kg (1,33 ou mais libras) de óleo podem ser recuperados a partir da vinhaça total gerada a partir de processamento de um alqueire de milho for etanol.

Observar que as várias características dos vários aspectos descritos acima pode ser praticadas isoladamente ou em combinação. As referidas e outras características serão descritas em mais detalhes abaixo na descrição detalhada e em conjunto com as figura s a seguir.

Breve Descrição dos Desenhos

De modo a que os vários aspectos possam ser mais claramente entendidos, algumas modalidades serão agora descritas, por meio de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma biorefinaria compreendendo uma instalação de produção de etanol, de acordo com algumas modalidades;

As figuras 2A e 2B são diagramas de fluxo de processo ilustrando exemplos dos processos de produção de etanol a partir de milho para etanol, de acordo com algumas modalidades;

A figura 3 é um diagrama de bloco esquemático ilustrando um sistema para o fracionamento da vinhaça, de acordo com algumas modalidades;

A figura 4 é um exemplo de gráfico de fluxo ilustrando um processo de fracionamento de vinhaça em co-produtos valiosos, de acordo com algumas modalidades;

A tabela 1 lista as composições experimentais das frações de vinhaça, de acordo com algumas modalidades; e

A tabela 2 lista as composições esperadas de frações de vinhaça comercialmente derivadas, de acordo com algumas modalidades.

Descrição das Modalidades

Os vários aspectos serão agora descritos em detalhes com referência ás diversas modalidades das mesmas como ilustrado nos desenhos em anexo. Na descrição a seguir, numerosos detalhes específicos são determinados de modo a proporcionar um verdadeiro entendimento dos vários aspectos. Será aparente, entretanto, para aqueles versados na técnica t, que as modalidades podem ser praticadas sem alguns ou todos os detalhes específicos. Em outros casos, as etapas do processo bem conhecidas e/ou estruturas não foram

5/13 descritas em detalhes de modo a não obscurecer de modo desnecessário os aspectos descritos. As características e vantagens das modalidades podem ser melhor entendidas com referência aos desenhos e às discussões que se seguem.

A descrição a seguir se refere a sistemas e métodos para o fracionamento de vinhaça a partir de uma instalação de produção de etanol ou outra instalação de processamento. Instalações de etanol geram grandes quantidades de vinhaça como um produto de baixo valor. Vinhaça é em geral um co-produto de baixo valor que requer energia substancial para secar em solúveis para a adição a grãos secos de destilaria, ou devem ser descartados de alguma outra maneira. Há o potencial para a geração de co-produtos de alto valor a partir de vinhaça, assim, os aspectos descritos proporcionam sistemas e métodos que aprimoram a utilização da vinhaça, que podem gerar múltiplos co-produtos de alta qualidade sem influenciar de modo indevido o equilíbrio da água da instalação de produção de etanol. Os referidos sistemas e métodos podem proporcionar major rendimento a partir de coprodutos e um menor impacto no ambiente.

Os sistemas e métodos descritos proporcionam um meio para substancialmente aprimorar a qualidade e o valor de vinhaça por fracionamento da vinhaça em componentes, cada um dos quais de elevado valor em si. As frações geradas pelos sistemas e métodos descritos, além de ser intrinsicamente valioso, proporciona um aprimorado equilíbrio de água para a instalação de produção de etanol, desse modo reduzindo a energia necessária para processar a vinhaça nas tradicionais evaporação e secagem.

Com referência à figura 1, um exemplo de biorefinaria 100 compreendendo uma instalação de produção de etanol configurada para produzir etanol a partir de milho é mostrado. O exemplo de biorefinaria 100 compreende uma área 102 onde o milho (ou outro material adequado incluindo, mas não limitado a, biomassa, açúcares, e outros produtos de amido) é enviado e preparado para ser fornecido à instalação de produção de etanol. A instalação de produção de etanol compreende um aparelho 104 para a preparação e tratamento (por exemplo, trituração) do milho em farinha de milho adequada par a fermentação em produto de fermentação em um sistema de fermentação 106. A instalação de produção de etanol compreende um sistema de destilação 108 no qual o produto de fermentação é destilado e desidratado em etanol. A biorefinaria pode também compreender, em algumas modalidades, um sistema de tratamento de subproduto 110 (mostrado como compreendendo uma centrífuga, um secador, um evaporador, e tanques associados).

Com referência agora às figuras 2A e 2B, em um processo de produção de etanol, milho 202 (ou outro material de alimentação adequado) pode ser preparado para tratamento adicional em um sistema de preparação 204. Como ilustrado na figura 2B, o sistema de preparação 204 pode compreender limpeza ou filtração 206 para remover material estranho, tal como rochas, sujeira, areia, peças de espigas de milho e talos, e outro material não fermen

6/13 tável (por exemplo, componentes removidos). Após a limpeza ou filtração 206, o tamanho de partícula do milho pode ser reduzido por trituração 208 para facilitar o processamento adicional. Os grãos de milho podem também ser fracionados em endosperma contendo amido, fibra, e germe, de acordo com algumas modalidades. O milho triturado 210 ou endosperma é tratado para formar uma pasta com água, enzimas e agentes 212 para facilitar a conversão de amido em açúcar (por exemplo, glicose), tal como em um primeiro sistema de tratamento 214. O açúcar (por exemplo, componente tratado 216) é convertido em etanol por um etanologênio (por exemplo, levedura ou outros agentes 218) em um sistema de fermentação 220. O produto de fermentação (produto de fermentação 222) é cerveja, que compreende um componente líquido, incluindo etanol e água e componentes solúveis, e um componente sólido, incluindo matéria particulada não fermentada (entre outras coisas). O produto de fermentação pode ser tratado com agentes 224 em um segundo sistema de tratamento 226. O produto de fermentação tratado 228 é enviado a um sistema de destilação 230. No sistema de destilação 230, o produto de fermentação (tratado) é destilado e desidratado em etanol 232. Em algumas modalidades, os componentes removidos 234 (por exemplo, vinhaça total), que compreende água, componentes solúveis, óleo, e sólidos não fermentados (por exemplo, o componente sólido da cerveja com substancialmente todo o etanol removido), pode ser seco em grãos secos de destilaria (DDG) em um terceiro sistema de tratamento (onde os componentes removidos podem ser tratados com agentes) e vendidos como um produto de alimentação animal. Outros co-produtos, por exemplo, xarope (e óleo contido no xarope), podem também ser recuperados a partir da vinhaça, como será descrito em detalhes adicionais abaixo.

Em alguns sistemas, a vinhaça fina que resulta quando os sólidos são removidos a partir da vinhaça total pode ser usada como uma corrente contrária durante o processo de fermentação e também pode ser usado para aumentar o teor de gordura de DDGS (Grãos secos de destilaria com solúveis). Entretanto, a adição de vinhaça fina a DDGS requer processos antieconômicos de evaporação que aumentam os custos de produção de DDGS. Descrito aqui são sistemas e métodos para o fracionamento a vinhaça total de modo a gerar quantidades relevantes de co-produtos valiosos em uma maneira que de fato reduza o necessário gasto com combustível em evaporação.

Com referência agora à figura 3, um exemplo diagrama de bloco esquemático de um sistema para o fracionamento do componente de vinhaça removido é proporcionado. Nesse diagrama de exemplo, a vinhaça total 302 é proporcionada a um filtro de vinhaça 304 para a separação da vinhaça em um componente sólido e uma vinhaça fina líquida 306. A separação pode ser realizada através de prensa de parafuso, centrifugação, decantadores, ou via metodologias do tipo de filtragem. Em algumas modalidades particulares, a separação pode ser realizada utilizando uma centrífuga côncava de tela. Aqueles versados na téc

7/13 nica observarão que a velocidade ou a quantidade de força centrífuga aplicada dependerá de vários fatores tais como tamanho da amostra e pode ser ajustada apropriadamente dependendo dos referidos fatores. Separadores e centrífugas adequadas são disponíveis de vários fabricantes tais como, por exemplo, Seital of Vicenza, Italy, Westfalia of Oelde, Germany ou Alfa Laval of Lund, Sweden.

O componente sólido compreende uma pasta com alto teor de fibra 308, que pode ser seca em um secador 310 a produtos de grãos secos de destilaria com alto teor de fibra (DDG) 312. Os referidos DDG com alto teor de fibra podem ser particularmente adequados para o mercado de alimentação de animais poligástricos (alimentação de ruminantes). Em algumas modalidades, a pasta de fibra pode adicionalmente sofrer uma etapa de lavagem antes de ser seco. O fluido de lavagem pode ser combinado com a vinhaça fina líquida, em algumas modalidades.

A separação da pasta de fibra sólidos a partir de a vinhaça fina pode ser realizada cedo após a produção inicial do produto de fermentação (vinhaça total) de modo a manter a qualidade da composição do co-produto e para evitar a exposição indevida dos co-produtos a calor, oxigênio, e contaminantes potenciais. Se a vinhaça total ou vinhaça fina é deixada exposta por extensos períodos de tempo na presença de umidade, a hidrólise dos óleos pode ocorrer o que leva a formação de ácidos graxos livres, que degrada a qualidade de óleo produzido.

A vinhaça fina líquida resultante 306 é proporcionada a um separador de três fazes 314, que pode incluir uma centrífuga do tipo de bocal de disco ou sistema de filtragem de tipo adequado. O separador de três fazes 314 separa a vinhaça fina 306 em uma camada de topo de emulsão de óleo 318, uma vinhaça intermediaria clarificada aquosa fina 320, e uma pasta de proteína 322. Aqueles versados na técnica observarão que a velocidade ou quantidade de força centrífuga aplicada dependerá dos vários fatores tal como o tamanho da amostra e pode ser ajustado apropriadamente dependendo dos referidos fatores. Separadores e centrífugas adequadas são disponíveis a partir pelo menos da lista de fabricantes acima.

A pasta de proteína 322 pode ser seca em um secador 324 em um produto de DDG de alto teor de proteína 326. O DDG de alto teor de proteína pode ser particularmente adequado para alimentação para animais mono-gástricos (não-ruminantes) e jovens. O DDG de alto teor de proteína pode ter energia altamente metabolizável e um teor de lisina de entre cerca de 2% e cerca de 3%, que pode ser importante em formulações de ração para alimentação.

A vinhaça fina clarificada 320 pode ser condensada através de evaporação 328 ou concentrada por osmose reversa para produzir xarope com alto teor de sólido 330. Em virtude dos baixos níveis de sólidos suspensos na vinhaça fina clarificada, elevado teor de sólido

8/13 total pode ser alcançado em um xarope concentrado sem limitações de viscosidade substancial. O xarope com alto teor de sólidos 330 pode ter entre cerca de 30 e 80 por cento de sólidos, dependendo das propriedades de manipulação do material desejadas, assim como do uso final. Em algumas modalidades particulares, o xarope com alto teor de sólido pode conter mais do que em torno de 60% de sólidos. O xarope com alto teor de sólido 330 pode ser comercializado como um alimento com elevado teor energético para suplementos de animais. Em modalidades alternativas, alguma porção da vinhaça fina clarificada pode ser utilizada como uma corrente contrária para a fermentação, desse modo adicionalmente reduzindo a necessidade de evaporação adicional.

A emulsão de óleo 318 pode ser tratada por um alcalino de modo a romper a emulsão. O ajuste de pH pode ser fundamental para a liberação do óleo a partir da emulsão, e pode resultar em mais rendimento do óleo e melhor qualidade do óleo. Particularmente, o ajuste do pH da fração de óleo separa ou rompe a fração de óleo de modo que o óleo resultante recuperado tem um baixo teor de ácido graxo. A idade do produto fermentado e teor de ácido orgânico do produto fermentado pode afetar o pH ótimo para a separação, entretanto, a fração de óleo é tratada com o mais alto pH possível para reduzir o teor de ácido graxo livre total no óleo separado sem sacrificar a qualidade do óleo. Em algumas modalidades, o pH é ajustado em uma faixa de cerca de 7 a cerca de 10. Em algumas modalidades particulares, o pH é ajustado entre em torno de 8.0 e em torno de 8.5.

O óleo 332 pode ser separado a partir do restante de emulsão/camada aquosa através de centrifugação, filtração, destilação ou outro separador adequado 334. O restante da camada aquosa/emulsão pode ser de elevado teor de proteína e reciclada pela adição em DDG ou vendido como um produto de alimentação separado.

A composição de óleo recuperada a partir dos aspectos descritos aqui pode ser adicionalmente processada em uma variedade de modos. Por exemplo, o óleo bruto pode ser filtrado e alvejado para proporcionar um óleo de categoria alimentar para uso do consumidor. Em uma modalidade, o óleo bruto pode ser desengomado, refinado com cáustico adicional, e submetido a uma etapa de remoção de sabão de acordo com processos comercialmente disponíveis. Em seguida das referidas etapas, o óleo pode ser submetido a uma ou mais etapas de alvejamento de argila para alcançar um óleo de teor desejado e cor. Se uma ou mais etapas de alvejamento de argila forem usadas, a argila pode ser uma argila ácida ou uma argila não ácida. Em uma modalidade, a etapa de alvejamento pode incluir, como exemplo, uma argila ácida ou uma argila não ácida a em torno de 1% a em torno de 5% com base no peso total. Além de ou como uma alternativa ao alvejamento da argila, após o óleo bruto ter sido desengomado, refinado por cáustico e submetido a uma etapa de remoção de sabão, um óleo de categoria alimentar de uma cor desejada pode ser alcançado usando uma etapa de alvejamento a calor.

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A composição de óleo pode ser usada em uma grande variedade de aplicações. Exemplos das referidas aplicações incluem as áreas de oleoquímicos, alimentos (por exemplo, alimento para animais) assim como óleos adequados para consumo humano. Oleoquímicos incluem produtos químicos de matéria-prima que são adequados para a produção de biodiesel (ésteres metílicos de ácido graxo). Oleoquímicos industriais são uteis na produção de sabões, detergentes, isolamento de fios, lubrificantes industriais, tratamentos de couros, óleos de corte, agentes de mineração para perfuração de petróleo, remoção de tinta, estabilizantes de plásticos, tinta, e em produção de borracha. Outras aplicações industriais incluem ceras, shampoos, produtos de higiene pessoal e emulsificantes ou aditivos alimentares. É também possível em algumas modalidades, se pré tratar óleo para usos à jusante, tal como conversão em biodiesel.

A composição de óleo recuperado pode conter baixos níveis de umidade, insolúveis e não saponificáveis (teor de MIU). Umidade, como contemplado aqui, inclui água e qualquer material volátil tal como, por exemplo, hexano, etanol, metanol, ou uma combinação dos mesmos. Matéria insolúvel (isto é, “insolúveis”), como contemplado aqui, se refere a e inclui qualquer matéria incapaz de ser dissolvida na porção aquosa, fração de óleo ou composição de óleo. Matéria não saponificável (isto é, “não saponificáveis”) inclui qualquer variedade de possíveis materiais não triglicerídeos que atuam como contaminantes durante a produção de biodiesel. Matéria não saponificável pode significantemente reduzir o rendimento do produto final da composição de óleo e pode, por sua vez, reduzir os rendimentos do produto final de processos tais como, por exemplo, processos de produção de biodiesel.

Manter os baixos níveis de umidade é especialmente desejável pelo fato de que a umidade estimula a formação de ácidos graxos livres em vez de ésteres. Em uma modalidade, a composição de óleo contém não mais do que em torno de 1% peso por peso de teor de umidade total, isoladamente, com base no peso total da composição de óleo. Em algumas modalidades, o teor de umidade, isoladamente, não é mais do que cerca de 0,5% peso por peso ou cerca de 0,1% peso por peso.

Em uma modalidade, a composição de óleo compreende não mais do que aproximadamente 3% peso por peso de não saponificáveis, com base no peso total da composição de óleo. Em algumas modalidades, a composição de óleo compreende não mais do que em torno de 2% peso por peso ou em torno de 1% peso por peso de não saponificáveis.

Em uma modalidade, a composição de óleo contém não mais do que cerca de 1% peso por peso insolúveis, isoladamente, com base no peso total da composição de óleo. Em algumas modalidades, o teor de insolúveis, isoladamente, não é mais do que aproximadamente 0,5% peso por peso ou aproximadamente 0,1% peso por peso.

A composição de óleo pode, em algumas modalidades, exibir um valor de iodo aceitável para a produção de biodiesel e, em algumas modalidades, exibe um valor de iodo mai

10/13 or do que aquele esperado a partir de uma amostra de óleo puro. O óleo pode adicionalmente compreender vários compostos carotenos, carotenoides, e antioxidantes ou neutracêuticos.

Em uma modalidade, a composição de óleo contém não mais do que cerca de 5% peso por peso teor de ácido graxo livre, com base no peso total da composição de óleo. Em algumas modalidades, o teor de ácido graxo livre, não é mais do que em torno de 3% peso por peso.

O teor de ácido graxo da composição de óleo é compreendido de vários ácidos graxos conhecidos na técnica. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ácido palmítico C 16 que representa não mais do que cerca de 15% peso por peso do teor total de ácido graxo, com base no peso total da composição de óleo. Em outra modalidade, o teor de ácido palmítico C 16 não é mais do que em torno de 10% peso por peso do teor total de ácido graxo. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ácido esteárico C 18 que representa pelo menos cerca de 3% peso por peso do teor total de ácido graxo, com base no peso total da composição de óleo. Em outra modalidade, o teor de ácido esteárico C 18 é pelo menos cerca de 1,5% peso por peso do teor total de ácido graxo. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ácido oleico C 18-1 que representa pelo menos em torno de 30% peso por peso do teor total de ácido graxo, com base no peso total da composição de óleo. Em outra modalidade, o teor de ácido oleico C 18-1 é pelo menos cerca de 25% peso por peso do teor total de ácido graxo. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ácido linoleico C 18-2 que representa pelo menos em torno de 60% peso por peso do teor total de ácido graxo, com base no peso total da composição de óleo. Em outra modalidade, o teor de ácido linoleico C 18-2 é pelo menos em torno de 50% peso por peso do teor total de ácido graxo. Em uma modalidade, a composição de óleo compreende ácido linoleico C 18-3 que representa no mais cerca de 1,5% peso por peso do teor total de ácido graxo, com base no peso total da composição de óleo. Em outra modalidade, o teor de ácido linoleico C 18-3 não é mais do que cerca de 0,5% peso por peso do teor total de ácido graxo.

Uma vez que toda a vinhaça fina não é evaporada, nas referidas modalidades, há uma economia substancial de combustível e de custo em relação à manipulação da vinhaça tradicional que inclui a substancial evaporação da vinhaça fina por adição de volta a DDG para gerar grãos secos de destilaria com solúveis (DDGS). Como tal, não só são mais quantidades de produtos de maior valor gerados através do tratamento descrito da vinhaça total, mas adicionalmente, o processo utiliza menos combustível desse modo reduzindo a poluição gerada e reduzindo os custos operacionais.

A figura 4 proporciona um exemplo diagrama de fluxo 400 para o processo de gerar co-produtos de alto valor. No referido processo, a vinhaça total é separada em sólidos e a

11/13 vinhaça fina líquida (em 402). Os sólidos incluem a pasta de fibra que é seca (em 404) a um co-produto de grão seco de destilaria com alto teor de fibra (HF-DDG).

Em algumas modalidades, em virtude da composição da pasta de fibra, há menos retenção de água do produto após a separação da vinhaça fina e da lavagem. Na medida em que a pasta de fibra inclui menos água, há uma substancial redução nos custos de secagem associados com a produção de co-produto de grão seco de destilaria com alto teor de fibra (HF-DDG) em relação ao produto DDG mais tradicional. Em algumas modalidades, o teor de sólido da pasta de fibra pode ser tão alto quanto entre em torno de 40% a em torno de 45% de sólidos antes da secagem, diferente da pasta úmida (usada para produzir DDG convencional) o que tipicamente inclui apenas cerca de 30% a em torno de 35% de sólidos antes de secagem.

Em algumas modalidades, a vinhaça fina é fracionada (em 406) em uma emulsão de óleo, a pasta de proteína, e a vinhaça fina clarificada. A pasta de proteína, que inclui um teor alto de lisina, é seco (em 408) para gerar grãos secos de destilaria com alto teor de proteína (DDG HP). Em algumas modalidades, a pasta de proteína pode também ser retornada para a pasta de fibra e seca junta para gerar um produto DDG intensificado. A manipulação da pasta de proteína pode ser determinada por considerações de mercado, e de equipamentos disponíveis na instalação de produção de etanol.

A vinhaça fina pode então ser condensada (em 410) a um alto teor de sólidos (por exemplo, entre em torno de 30 a 80 por cento de sólidos) para gerar um xarope com alto teor de sólidos. Xaropes com alto teor de sólidos são utilizáveis como um alimento substituto eficaz para animais, entretanto a geração de xarope com alto teor de sólido prático pode ser difícil de obter. Isso é pelo fato de que a maioria dos xaropes gerados a partir de vinhaça fina, uma vez que o teor de sólido se aproxima de cerca de 30 por cento, se torna proibitivamente viscoso, e são inúteis como um co-produto comercializável. Ao processar a vinhaça fina em vinhaça fina clarificada, teor ultra alto de sólidos (por exemplo, mais do que cerca de 30%) é alcançável em um xarope que retém a viscosidade de melaço. Assim, o co-produto é facilmente transportado e manipulado por compradores em potencial.

Por último, a emulsão de óleo é tratada para extrair óleo valioso (em 412). A extração do óleo é facilitada ao se ajustar o pH da emulsão com um alcalino. A adição um agente cáustico rompe a emulsão e libera o óleo. O óleo liberado pode ser extraído a partir da emulsão restante por meio de decantação, centrifugação, filtração ou outro método adequado. Em algumas modalidades, mais do que cerca de 0,603 kg (1,33 libras de óleo de milho são alcançados por alqueire de milho utilizando as modalidades descritas.

Uma série de exemplos limitados foi conduzida de acordo com uma modalidade exemplificativa do sistema (como mostrado na figura 3) em um esforço de determinar as condições adequadas do aparelho e operacionais para o fracionamento de vinhaça total. Os

12/13 exemplos a seguir são pretendidos para proporcionar clareza a algumas modalidades de sistemas e meios de operação; considerando a natureza limitada dos referidos exemplos, os mesmos não limitam o âmbito dos aspectos descritos.

Exemplo 1

Nesse exemplo de experimento, vinhaça total foi peneirada utilizando uma centrífuga de peneira de modo a obter uma pasta de fibra e vinhaça fina. A pasta de fibra foi seca e testada para composição. A vinhaça fina foi adicionalmente processada por centrífuga de decantação para produzir uma emulsão de óleo, vinhaça fina clarificada e a pasta de proteína. A pasta de proteína foi seca. A vinhaça fina clarificada foi evaporada a mais de 60% de teor de sólidos. A emulsão de óleo foi tratada usando um agente cáustico para ajustar o pH a cerca de 8. A emulsão de óleo foi mais uma vez submetida a centrifugação de modo a remover a emulsão em forma de óleo. O óleo, pasta de proteína seca e xarope com alto teor de sólido foram então submetidos a análise de composição. Os resultados dessa análise são proporcionados em relação à TABELA 1.

Em suma, o produto de óleo tinha 0,9% de teor de umidade, 3,03% de ácidos graxos livres (FFA), < 0,01% de insolúveis, e 1,13% de não saponificáveis. O xarope com a composição com alto teor de sólidos foi 31,6% de umidade, 10,9% de proteína, 0,1% de fibra, 6,1% cinzas, e 8,2% de gordura. A composição de pasta de proteína foi 58,6% de proteína, 12,6% de gordura, e < 1% de fibra. A composição DDG com alto teor de fibra foi 26,0% de proteína, 10% de fibra, 3,5% de gordura, e 0,7% cinzas.

Os rendimentos dos quatro produtos em base percentual são aproximadamente 9% de óleo, 13% de xarope, 40% de proteína, e 38% de fibra. Os referidos rendimentos correspondem a 0,54 kg (1,3 lb) de óleo, 0,907 kg (2 lb) de xarope, 2,72 kg (6 lb) de proteína, e 2,72 kg (6 lb) de fibra em base de libra por alqueire. Os rendimentos esperados podem conduzir a mudanças nas composições esperadas em virtude das permutas entre rendimento e pureza. A composição esperada varia a partir da produção comercial dos referidos produtos são mostradas na TABELA 2.

As modalidades como ilustradas e descritas no presente pedido (incluindo as figuras e os Exemplos) pretendem ser ilustrativas e explicativas. Modificações e variações das modalidades descritas, por exemplo, do aparelho e dos processos empregados (ou a serem empregados) assim como das composições e tratamentos usados (ou a serem usados), são possíveis; todas as referidas modificações e variações pretendem estar dentro do âmbito dos vários aspectos apresentados aqui.

O termo “exemplificativo” é usado para significar servindo como um exemplo, caso, ou ilustração. Qualquer modalidade ou desenho descrito como “exemplificativo” não deve necessariamente ser construído como preferido ou vantajoso em relação a outras modalidades ou desenhos, nem é pretendido que se impeça estruturas e técnicas exemplificativas

13/13 equivalentes conhecidas daqueles versados na técnica. Em vez disso, o uso do termo exemplificativo pretende apresentar conceitos em um modo concreto, e o assunto descrito aqui não é limitado aos referidos exemplos.

Referência através da presente especificação a “um aspecto,” ou “o aspecto,” ou “uma modalidade,” ou “a modalidade” quer dizer que uma característica particular, estrutura, ou característica descrita em relação ao aspecto ou modalidade é incluída em pelo menos um aspecto ou uma modalidade. Assim, as aparências da frase “em um aspecto,” ou “no aspecto,” ou “em uma modalidade,” ou “na modalidade” em vários pontos através da presente especificação pode, mas não está necessariamente, se referindo ao mesmo aspecto ou 10 modalidade, dependendo das circunstâncias. Adicionalmente, as características, estruturas, ou características particulares podem ser combinadas em qualquer modo adequado em um ou mais aspectos ou modalidades.

O termo “ou” é pretendido significar um “ou” inclusivo em vez do que um “ou” exclusivo. Na extensão de que os termos “compreende”, “tem”, “contém”, e outros termos simila15 res são usados seja na descrição detalhada ou nas reivindicações, para evitar dúvidas, os referidos termos pretendem ser inclusivos de modo similar ao termo “compreendendo” como uma palavra de transição aberta sem impedir quaisquer outros ou elementos adicionais.

Claims

1. Sistema para fracionar vinhaça CARACTERIZADO por compreender:

um primeiro separador configurado para separar toda a vinhaça em uma porção sólida e uma porção líquida de vinhaça líquida, em que a porção sólida compreende uma massa úmida com alto teor de fibras;

um separador de três fases, configurado para receber a porção líquida de vinhaça líquida e separar a porção líquida de vinhaça líquida em vinhaça clarificada, uma emulsão de óleo e uma pasta de proteina;

um primeiro secador configurado para secar a massa úmida com alto teor de fibras para gerar um produto de alimentação animal com alto teor de fibras;

um segundo secador configurado para secar a pasta de proteina para gerar um produto de alimentação animal com alto teor de proteínas;

um evaporador configurado para condensar a vinhaça clarificada em um xarope; e um segundo separador configurado para separar o óleo da emulsão de óleo.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ainda compreender um ajustador de pH configurado para ajustar o pH da emulsão de óleo antes da separação pelo segundo separador.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o ajustador de pH ser ainda configurado para ajustar o pH da emulsão de óleo de cerca de 8,0 a cerca de 8,5.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo separador estar configurado para separar pelo menos 0,6 L (1,33 libras) de óleo a partir de toda a vinhaça gerada pelo processamento de um alqueire de milho para etanol.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o evaporador estar ainda configurado para condensar a vinhaça clarificada em pelo menos 60% de sólidos.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo secador estar ainda configurado para secar a pasta de proteina para gerar o produto de alimentação animal com alto teor de proteínas com pelo menos 45% de proteínas.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo separador ser ainda configurado para separar óleo com pelo menos 97% de gordura.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo separador ser ainda configurado para separar óleo com menos de 1% por peso de teor de umidade e menos de 1% por peso de insolúveis.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o

Petição 870190063894, de 08/07/2019, pág. 8/10

2/3 segundo separador ser ainda configurado para separar óleo com menos de 5% por peso do conteúdo de ácidos graxos livres.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o separador de três fases ser uma centrífuga do tipo de bocal de disco, e em que o primeiro separador é uma centrífuga de peneiração.

11. Método para fracionamento de vinhaça CARACTERIZADO por compreender: separar toda a vinhaça em uma porção sólida e uma porção líquida de vinhaça líquida, em que a porção sólida inclui uma massa úmida com alto teor de fibras;

separar toda a vinhaça em uma vinhaça clarificada, uma emulsão de óleo e uma pasta de proteina;

secar a massa úmida com alto teor de fibra para gerar um alimento animal rico em fibras;

secar a pasta de proteina para gerar um alimento animal rico em proteínas;

condensar a vinhaça clarificada para gerar um xarope; e separar o óleo da emulsão de óleo.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda ajustar o pH da emulsão de óleo antes da separação do óleo.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o ajuste compreende ajustar o pH da emulsão de óleo de cerca de 8,0 a cerca de 8,5.

14. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos cerca de 0,6 L (1,33 libras) de óleo ser separado a partir de toda a vinhaça gerada pelo processamento de um alqueire de milho para etanol.

15. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por ainda compreender combinar pelo menos uma porção da pasta de proteina com a massa úmida com alto teor de fibra.

16. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a condensação compreende condensar o xarope em pelo menos cerca de 60% de sólidos.

17. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o alimento animal rico em proteínas compreender pelo menos cerca de 45% de proteína.

18. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o óleo ser composto por pelo menos cerca de 97% de gordura.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o óleo compreender menos de 1% por peso de teor de umidade e menos que 1% por peso de insolúveis.

20. Método de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o óleo compreende menos do que cerca de 5% por peso de conteúdo de ácidos graxos livres.

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21. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que toda a vinhaça ser separada usando uma centrífuga de peneiração, e em que a porção líquida de vinhaça líquida é separada usando uma centrífuga do tipo de bocal de disco de três fases.