BRPI0708266B1

BRPI0708266B1 - Processo e sistema para a produção de álcool por destilação de alimentação dividida

Info

Publication number: BRPI0708266B1
Application number: BRPI0708266-5B1A
Authority: BR
Inventors: Flavio Martins De Queiroz Guimaraes; Carlos Eduardo Fontes Da Costa E Silva; Adler Gomes Moura
Original assignee: Siemens Ltda; Dedini Sa Ind De Base
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2014-03-11
Also published as: AU2007218989A1; CN101437589B; WO2007095706A1; US20090324796A1; AR059379A1; BRPI0708266A2; US8287698B2; ZA200807542B; MX2008010853A; BRPI0600553A; CN101437589A; AU2007218989B2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO

E SISTEMA PARA A PRODUÇÃO DE ÁLCOOL POR DESTILAÇÃO DE ALIMENTAÇÃO DIVIDIDA".

Campo da invenção A presente invenção refere-se a um processo e a um sistema para 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 de mostos 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 de álcool: o hidratado (>92,6° INPM) e o anidro (>99,3° INPM), obedecendo es- pecificações oficiais. A separação do álcool do vinho é tradicionalmente feita através do esquema descrito no artigo "Brazilian alcohol program: an overview" de Goldemberg, J. e Macedo, I., publicado em "Energy for Sustainable Deve- lopment", Volume 1, N° 1, Maio de 1994, a saber: O vinho ou licor entra em uma primeira coluna, denominada de coluna de depuração ou destilação. Nesta etapa, o etanol é separado do vinho (inicialmente 7-10°GL) como vapor (flegma a 40-50°GL). O produto de fundo, a vinhaça, possui a maioria dos sais e suspensões de sólidos e é uti- lizada geralmente como fertilizante, não devendo exceder o limite de 0,03°GL de álcool em sua composição. O aquecimento para esta coluna é suprido por injeção direta de vapor. O flegma vindo da coluna de depuração entra em uma segunda coluna, denominada de coluna de retificação, e al- gumas impurezas são removidas (tais como o óleo fúsel, recuperado para aplicações especiais). O álcool passa a ter a concentração de 96°GL e a flegmaça obtida como produto de fundo dessa segunda coluna pode ser descartada junto à vinhaça ou reciclado para a primeira coluna. A parte de retificação é tradicionalmente feita como um arranjo utilizando duas colunas. As colunas são, em geral, de pratos do tipo bubble cap. 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 mais utilizados os pratos perfurados.

Antecedentes da invenção A tecnologia existente para os sistemas de destilação data de 50 a 60 anos. Apesar disso, ainda é possível que sejam feitas melhorias na oti- mização energética.

Os documentos a seguir estão aqui descritos como referência do estado da técnica no que se refere a processos de destilação com otimiza- ção energética. No entanto nenhum deles antecipa o assunto da presente invenção.

Katzen, R. descreve em seu artigo entitulado " A Low Energy Distillation 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 a produção de álcool carburante anidro, trabalhando com colunas a diferentes pressões. 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 uma maior pressão na coluna retificadora (4,5 bar) e pressão atmosférica nas colunas desidratadora e evaporadora. O outro sistema utiliza a coluna de desidratação operando em pressão reduzida (em torno de 0,6 bar). Os dois resultados apresentaram um menor consumo de vapor se comparados ao convencional. Comparando-se entre eles, observa-se um menor consumo de vapor no sistema utilizando colunas com maior pressão. Conforme citado no artigo acima, o uso da coluna de destilação operando a uma menor pressão reduz o consumo de vapor. Com o uso de coluna a vácuo, o delta de pres- são entre as colunas poderia ser ainda maior e o consumo de vapor seria reduzido ainda mais. Contudo, são necessários alguns cuidados com este sistema, como por exemplo, o fato de o azeótropo álcool-água desaparecer na 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-o de etilbenzeno por destilação utilizando a tecnologia de múltiplo efeito (split feed). Embora não trate especificamente de produção de álcool, essa paten- te descreve um processo de destilação em que uma corrente é dividida para alimentação em duas colunas de destilação, uma de alta pressão e outra de baixa pressão, em conjunto com um refervedor que utiliza a energia térmica do topo de uma coluna para fornecer calor à outra. O pedido de patente JP 58-183634 (Ministério da Indústria e do Comércio Internacional do Japão) descreve um processo de produção de etanol anidro pelo sistema de múltiplo efeito em que a matéria-prima é ali- mentada em série em pelo menos duas colunas de destilação que operam em pressão reduzida. O produto é retirado da última coluna como vapor e conduzido a uma torre de adsorção, que adsorve a umidade para se obter o etanol anidro. Simultaneamente, parte ou todo o líquido de refluxo da última coluna é provido com a fração das colunas de destilação, exceto a última. O pedido de patente PI 8203199 (Codistil SA Dedini) descreve um sistema para produção de álcool empregando um processo de destilação de múltiplo efeito, em que a carga líquida é dividida em duas torres, uma de destilação da mistura hidroalcoólica e outra de retificação do produto destila- do, e ambas são paralelamente alimentadas com a mistura hidroalcoólica do processo. A energia utilizada é vapor da alta pressão, injetado na primeira torre, e os vapores por esta emitidos em seu topo são utilizados como meio de 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 PI 0302605-1 (Dedini S/A Indústrias de Ba- se) descreve um processo para produção de álcool anidro a partir de uma corrente principal de vinho de cana-de-açúcar a ser submetido a etapas de destilação e de desidratação. Esse processo compreende as seguintes eta- pas: a) retirar de uma corrente principal de vinho uma corrente secundário de 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 a corrente 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 ser uma preocupação para a Engenharia Química no início da década de 70, quando ocorreu a crise mundial do petróleo. Até então, a possibilidade de diminuir o consumo energético de uma unidade industrial, através da inte- gração térmica entre as correntes e os equipamentos de processo, tinha uma importância bem inferior à dedicada atualmente a esta questão. A operação unitária que requer maior atenção é a destilação, por serem as colunas de separação os maiores consumidores de utilidades de uma planta química.

Desde o início da década de 80, várias técnicas têm sido apre- sentadas tanto para a otimização da operação de uma coluna individual quanto 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), a integração energética entre as colunas se baseia na diferença de pressão de operação entre elas. As colunas pressurizadas serão responsáveis por gerar carga 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 múltiplo efeito, a carga é dividida em duas colunas que operam em diferentes pres- sões. A coluna com maior pressão terá uma carga térmica em seu produto de topo possível de ser utilizada como refervedor da coluna operando com menor 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-Effect Distillation Applied to an Industrial Case Study" (Chemical Engineering and Processing. 44, pp. 819-826, 2005), simulam três casos: sem integração energética, arranjo de divisão ("split") indireto e uma pré-fracionadora de múltiplo efeito visando a verificação de qual dos arranjos teria um menor consumo de vapor. O estudo mostrou que se um retroajuste das colunas for necessário, então o arranjo de split indireto se mostra o mais adequado, en- quanto que se uma nova planta for construída, então o arranjo de integração com 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 sistema para 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 se produza álcool por destilação utilizando a tecnologia de múltiplo efeito com baixa pressão e baixa perda de carga. Há um aumento mínimo de pressão nas correntes de vapor utilizadas nas colunas de depuração 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. Além disso, há baixa perda de carga <25 Kpa (< 0,25 bar) em função do trocador de calor utilizado na presente invenção, que permite trocas térmicas com pequenas diferenças de temperatura entre os fluidos de troca, e da última coluna 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 de álcool 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 do processo 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 sistema para 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 duas colunas de depuração 2 e 3, sendo que a coluna de depuração 2 gera uma corrente de flegma 4 e a coluna de depuração 3 gera uma corrente de fleg- ma 5 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 álcool hidratado 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 6 proveniente da coluna de depuração 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 depuração 2 que recebe uma parte de uma corrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 4; b) uma coluna de depuração 3 que recebe a outra parte de uma corrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 5 e uma corrente 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 álcool hidratado 9; d) pelo menos um trocador de calor 10 que efetua 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 depuração 3; e e) uma coluna de retificação 11 que recebe a corrente de flegma 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 processo para a produção de álcool por destilação de múltiplo efeito, compreendendo as seguintes etapas: a) dividir uma corrente de vinho 1 para alimentação em duas colunas de depuração 2 e 3, sendo que a coluna de depuração 2 gera uma corrente de flegma 4 e a coluna de depuração 3 gera uma corrente de fleg- ma 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 provenien- te da pelo menos uma coluna de retificação 7 e a corrente de vinhaça 6 pro- veniente da coluna de depuração 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 a coluna de depuração 2 e a dita pelo menos uma coluna de retificação 7 ope- rem em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mea (metros de co- luna d’água) absolutos, o que equivale a uma faixa de cerca de 98 a 245 KPa absolutos. Preferivelmente, a coluna de depuração 3 e a coluna de reti- ficação 11 operam a vácuo. O arranjo descrito acima de colunas pressuriza- das e colunas a vácuo apresenta um melhor equilíbrio entre o consumo de vapor e a produção de álcool hidratado. O dito pelo menos um trocador de calor 10 utilizado no processo é, de preferência, um trocador de falling film, mais conhecido como trocador do tipo Falling Film. Trata-se de uma construção de tubos confeccionados em aço inox, blindados, em que a corrente de topo 8 proveniente da pelo menos uma coluna de retificação 7 circula entre os tubos e a corrente de vinhaça 6 proveniente da coluna de depuração 3 escorre pela parede interna do tubo. A grande vantagem do trocador de calor do tipo falling film é que ele oferece uma altíssima taxa de transferência de calor por unidade de volume de líquido.

Como o funcionamento desse tipo de trocador impede que haja formação 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 encontrada quando se utilizam outros trocadores de calor, tais como, por exemplo, o refervedor vertical tipo termossifão utilizado no processo descrito no pedido de patente PI 8203199. Além disso, esse trocador permite troca térmica com menor diferença de temperatura entre as correntes, por possuir um maior coeficiente 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 a baixa pressão e com baixa perda de carga.

Após passarem pelo dito pelo menos um trocador de calor 10, a corrente de topo 8 retorna à dita pelo menos uma coluna de retificação 7 e a corrente de vinhaça 6 retorna à coluna de depuração 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 de flegmaça 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 apresenta como se segue: i) a corrente de flegma 4 é dividida para alimentação em duas colunas de retificação 7’ e 7”, cada uma gerando uma corrente de topo 8’ e 8” e uma corrente de álcool hidratado 9’ e 9”, respectivamente; ii) uma corrente de vinhaça 6 proveniente da coluna de depura- ção 3 é dividida em duas correntes de vinhaça 6’ e 6”; iii) 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’; 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 depuração 2 e as colunas de retificação 7’ e 7” em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mwc (metros de coluna d’água) absolutos, o que equivale a uma faixa de cerca de 98 a 245 KPa absolutos. Preferivelmente, a coluna de depuração 3 e a colu- na de retificação 11 operam a vácuo.

Os trocadores de calor 10’ e 10” são, preferivelmente, trocado- res do tipo falling film, conforme mencionado anteriormente. Após passarem pelo trocador de calor 10’, a corrente de topo 8’ retorna à coluna de retifica- ção 7’ e a corrente de vinhaça 6’ retorna à coluna de depuração 3. Do mes- mo modo, após passarem pelo trocador de calor 10”, a corrente de topo 8” retorna à coluna de retificação 7” e a corrente de vinhaça 6” retorna à coluna de depuração 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 de flegmaça 15’, 15” e 16, respectivamente. A corrente de flegmaça 15” pode ser 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 depuração 2 e 3, respectivamen- te.

Outra modalidade preferida do processo da presente invenção refere-se à coluna de retificação 11. Para se reduzir a perda de carga total do 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 para operação no regime spray, como pode ser o caso da coluna de retificação 11. Além disso, como a seção de recheio se encontra em uma região que opera a baixas temperaturas, a utilização de recheios plásticos se torna viá- vel. Este tipo de recheio possui um custo reduzido e não é quimicamente sensível. 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, o óleo alto, importante subproduto do processo, não forma duas fases na regi- ão de retirada, pode-se fazer uma retirada parcial destes componentes na seção de recheio da coluna de retificação 11. Já o óleo baixo, outro impor- tante subproduto do processo, pode formar duas fases na região da coluna em que ele é retirado. Esta possibilidade aumenta na operação a vácuo, pois as temperaturas são menores (50-60°C) que em condições de operação at- mosférica.

Portanto, preferivelmente, a coluna de retificação 11 compreen- de, abaixo da seção de recheio, uma seção com pratos calotados e, abaixo da seção com pratos calotados, uma seção com pratos perfurados, que cau- sam menor perda de carga.

Particularmente, a coluna de retificação 11 compreende pelo menos 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 outras duas seções com pratos. Uma dessas utiliza pratos perfurados e a outra uti- liza pratos calotados para retirada do óleo baixo. Assim, a coleta de óleo baixo acontece em uma seção com pratos calotados ao mesmo tempo em que a seção com pratos perfurados garante mais uma redução na perda de carga da coluna de retificação 11, o que significa um melhor desempenho dos trocadores de calor na integração energética.

Outro objetivo da presente invenção é prover um sistema para a produção de álcool por destilação de múltiplo efeito, compreendendo: a) uma coluna de depuração 2 que recebe uma parte de uma corrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 4; b) uma coluna de depuração 3 que recebe a outra parte de uma corrente de vinho 1 gerando uma corrente de flegma 5 e uma corrente de vinhaça 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 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 depuração 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 a coluna de depuração 2 e a dita pelo menos uma coluna de retificação 7 ope- rem em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mea (metros de co- luna d’água) absolutos, o que equivale a uma faixa de cerca de 98 a 245 KPa absolutos. Preferivelmente, a coluna de depuração 3 e a coluna de reti- ficação 11 operam a vácuo. O arranjo descrito acima de colunas pressuriza- das e colunas a vácuo apresenta um melhor equilíbrio entre o consumo de vapor e a produção de álcool hidratado. O dito pelo menos um trocador de calor 10 utilizado no processo é, de preferência, um trocador de falling film, mais conhecido como trocador do tipo falling film.

De preferência, a pelo menos uma coluna de retificação 7 rece- be a corrente de topo 8 e a coluna de depuração 3 recebe a corrente de vi- nhaça 6, após as ditas correntes passarem pelo dito pelo menos um trocador de calor 10.

Em uma modalidade preferida da presente invenção, represen- tada pelo fluxograma da Figura 2, o sistema descrito acima se apresenta como se segue: i) a pelo menos uma coluna de retificação 7 consiste em duas colunas de retificação 7’ e 7”, cada uma gerando uma corrente de topo 8’ e 8” e uma corrente de álcool hidratado 9’ e 9”, respectivamente; ii) uma corrente de vinhaça 6 proveniente da coluna de depura- 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 7’ e a corrente de vinhaça 6’; e v) 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 vinhaça 6”.

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 7’ recebe a corrente 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’. Do mesmo modo, a coluna de retificação 7” recebe a corrente de topo 8” e a coluna de depuração 3 recebe a corrente de vinhaça 6”, após as ditas correntes passarem pelo tro- cador de calor 10”.

As colunas de retificação 7’, 7” e 11 também geram correntes de flegmaça 15’, 15” e 16, respectivamente, que podem ser descartadas ou reutilizadas. Preferivelmente, a coluna de retificação 7’ recebe a corrente de flegmaça 15” e as colunas de depuração 2 e 3 recebem as correntes de flegmaça 15’ e 16, respectivamente.

Outra modalidade preferida do sistema da presente invenção refere-se à coluna de retificação 11, conforme já mencionado acima com relação ao processo da presente invenção. Para se reduzir a perda de carga total do sistema, a coluna de retificação 11 preferivelmente compreende pelo menos uma seção de recheio, de preferência recheio plástico ou recheio randômico.

Particularmente, a coluna de retificação 11 compreende, abaixo da seção de recheio, uma seção com pratos calotados e, abaixo da seção com pratos calotados, uma seção com pratos perfurados, que causam me- nor perda de carga.

Assim, o processo e o sistema descritos acima permitem que se produza álcool por destilação utilizando a tecnologia de múltiplo efeito com otimização energética, baixa pressão e baixa perda de carga. A coluna de depuração 2 e a dita pelo menos uma coluna de retificação 7 podem operar em baixa pressão, por exemplo na faixa de 10 a 25 mea (metros de coluna d’água) absolutos, o que equivale a uma faixa de cerca de 98 a 245 KPa absolutos. Graças à presente invenção, as correntes de vapor V das colunas de depuração e de retificação sofrem um aumento mínimo de pressão, o que faz com que haja uma maior redução do consumo de utilidades quentes e frias 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 calor 10, que permite trocas térmicas com pequenas diferenças de temperatura entre 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 de recheio 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 ser revertida em melhor desempenho dos equipamentos de troca térmica da integração 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 a produção de álcool anidro compreendendo o processo descrito acima e uma etapa posterior de desidratação do álcool hidratado assim produzido. Por exemplo, o álcool hidratado produzido pelo processo da presente invenção pode seguir para uma coluna de desidratação em cujo topo é adicionado benzeno, 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 da presente invenção a um sistema de peneiras moleculares de modo a efetuar a desidratação do álcool hidratado, formando assim o álcool anidro.

Deve ser entendido que a presente invenção abrange outras modalidades e configurações além daquelas descritas no presente relatório descritivo e desenhos, sendo limitada tão somente pelo escopo das reivindi- cações apensas.

Claims

1. Processo para a produção de álcool por destilação de alimen- tação dividida, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas a se- guir: a) divisão de uma corrente de vinho (1) para a alimentação de uma primeira e uma segunda coluna de depuração (2, 3), a primeira coluna de depuração (2) gerando uma primeira corrente de flegma (4) e a segunda coluna de depuração (3) gerando uma segunda corrente de flegma (5) e uma primeira corrente de vinhaça (6); b) alimentação da primeira corrente de flegma (4) para uma pri- meira coluna de retificação (7), gerando uma primeira corrente de topo (8) e uma primeira corrente de álcool hidratado (9); c) efetuar a troca de calor entre a primeira corrente de topo (8), a partir da primeira coluna de retificação (7), e a primeira corrente de vinhaça (6), a partir da segunda coluna de destilação (3), em um primeiro trocador de calor (10) do tipo de falling filrrr, e d) alimentação da segunda corrente de flegma (5) para a segun- da coluna de retificação (11), gerando uma segunda corrente de álcool hidra- tado (12).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira coluna de depuração (2) opera a uma pressão baixa e a segunda coluna de destilação (3) opera sob vácuo.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira coluna de retificação (7) opera a uma pressão baixa e a segunda coluna de retificação (11) opera sob vácuo.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o óleo fúsel (13, 14) é removido das primeira e segunda colunas de retificação (7) e (11).

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda colunas de retificação (7) e (11) geram cada uma delas as primeira e segunda correntes de flegma-vinhaça (15) e (16), respectivamente.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda correntes de flegma-vinhaça (15) e (16) são recirculadas para as primeira e segunda colunas de depuração (2) e (3), respectivamente.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, após passar pelo referido primeiro trocador de calor (10), a pri- meira corrente de topo (8) é recirculada para a referida primeira coluna de retificação (7), e a segunda corrente de vinhaça (6) é recirculada para a se- gunda coluna de destilação (3).

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: i) divisão da primeira corrente de flegma (4) para a alimenta- ção das terceira e quarta colunas de retificação (7’, 7”), cada uma gerando segunda e terceira correntes de topo (8’, 8”) e terceira e quarta correntes de álcool hidratado (9’, 9”), respectivamente; ii) a primeira corrente de vinhaça (6), a partir da segunda co- luna de destilação (3), é dividida nas segunda e terceira correntes de vinha- ça (6’, 6”); iii) a segunda corrente de topo (8’), a partir da terceira coluna de retificação (7’), troca calor com a segunda corrente de vinhaça (6’) em um segundo trocador de calor (10’) do tipo de falling fílm] e iv) a terceira corrente de topo (8”), a partir da quarta coluna de retificação (7”), troca calor com a terceira corrente de vinhaça (6”) em um terceiro trocador de calor (10”) do tipo de falling film.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de depuração (2) opera a uma pressão baixa, e a terceira coluna de destilação (3) opera sob vácuo.

10. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as terceira e quarta colunas de retificação (7’, 7”) operam a uma pressão baixa, e a segunda coluna de retificação (11) opera sob vácuo.

11. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o óleo fúsel (13’, 13”, 14) é removido das segunda, terceira e quarta colunas de retificação (7’), (7”) e (11).

12. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as segunda, terceira e quarta colunas de retificação (7’), (7”) e (11) gerarem terceira, quarta e quinta correntes de flegma-vinhaça (15’), (15”) e (16), respectivamente.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a quarta corrente de flegma-vinhaça (15”) é alimentada pa- ra a terceira coluna de retificação (7’), e as terceira e quinta correntes de flegma-vinhaça (15’) e (16) são recirculadas para as primeira e segunda co- lunas de depuração (2) e (3), respectivamente.

14. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que, após passar através do segundo trocador de calor (10’), a segunda corrente de topo (8’) é recirculada para a terceira coluna de retifica- ção (7’), e a segunda corrente de vinhaça (6’) é recirculada para a segunda coluna de destilação (3).

15. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que, após passar através do terceiro trocador de calor (10”), a terceira corrente de topo (8”) é recirculada para a quarta coluna de retifica- ção (7”), e a terceira corrente de vinhaça (6”) é recirculada para a segunda coluna de destilação (3).

16. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de retificação (11) compreende pelo me- nos uma seção de recheio.

17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma referida seção de recheio compreende uma recheio de plástico ou uma recheio randômica.

18. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de retificação (11) compreende uma se- ção de bandeja valvulada abaixo da seção de recheio.

19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de retificação (11) compreende uma se- ção de bandeja perfurada abaixo da seção de bandeja valvulada.

20. Sistema para a produção de álcool por destilação de alimen- tação dividida, caracterizado pelo fato de que compreende: a) uma primeira coluna de depuração (2), recebendo uma pri- meira corrente de vinho (1), gerando uma primeira corrente de flegma (4); b) uma segunda coluna de depuração (3), recebendo uma se- gunda corrente de vinho (1), gerando uma segunda corrente de flegma (5) e uma primeira corrente de vinhaça (6); c) uma primeira coluna de retificação (7), recebendo uma primei- ra corrente de flegma (4), gerando uma primeira corrente de topo (8) e uma primeira corrente de álcool hidratado (9); d) um primeiro trocador de calor (10) do tipo de falling film, efe- tuando a troca de calor entre a primeira corrente de topo (8), a partir da pri- meira coluna de retificação (7), e a primeira corrente de vinhaça (6), a partir da segunda coluna de destilação (3); e e) uma segunda coluna de retificação (11), recebendo a segun- da corrente de flegma (5), gerando uma segunda corrente de álcool hidrata- do (12).

21. Sistema de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a primeira coluna de depuração (2) opera a uma pressão baixa, e a segunda coluna de destilação (3) opera sob vácuo.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a primeira coluna de retificação (7) opera a uma pressão baixa, e a segunda coluna de retificação (11) opera sob vácuo.

23. Sistema de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o óleo fúsel (13, 14) é removido das primeira e segunda colunas de retificação (7) e (11).

24. Sistema de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda colunas de retificação (7) e (11) ge- ram cada uma as primeira e segunda correntes de flegma-vinhaça (15) e (16), respectivamente.

25. Sistema de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda correntes de flegma-vinhaça (15) e (16) são recirculadas para as primeira e segunda colunas de depuração (2) e (3), respectivamente.

26. Sistema de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a primeira coluna de retificação (7) recebe a primeira cor- rente de topo (8), e a segunda coluna de destilação (3) recebe a segunda corrente de vinhaça (6), após as referidas correntes terem passado através do primeiro trocador de calor (10).

27. Sistema de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que: i) a primeira coluna de retificação (7) consiste em terceira e quar- ta colunas de retificação (7’, 7”), cada uma gerando segunda e terceira cor- rentes de topo (8’, 8”) e terceira e quarta correntes de álcool hidratado (9’, 9”), respectivamente; ii) a primeira corrente de vinhaça (6), a partir da segunda coluna de destilação (3), é dividida nas segunda e terceira correntes de vinhaça (6’, 6”); iii) o primeiro trocador de calor (10) consiste nos segundo e ter- ceiro trocadores de calor (10’, 10”) do tipo de falling filrrr, iv) o segundo trocador de calor (10’) do tipo de falling film efetua a troca de calor entre a segunda corrente de topo (8’), a partir da terceira coluna de retificação (,7’) e a segunda corrente de vinhaça (6’); e v) o terceiro trocador de calor (10”) do tipo de falling film efetua a troca de calor entre a terceira corrente de topo (8”), a partir da quarta coluna de retificação (7”), e a terceira corrente de vinhaça (6”).

28. Sistema de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de depuração (2) opera a uma pressão baixa, e a terceira coluna de destilação (3) opera sob vácuo.

29. Sistema de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que as terceira e quarta colunas de retificação (7’, 7”) operam a uma pressão baixa, e a segunda coluna de retificação (11) opera sob vácuo.

30. Sistema de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o óleo fúsel (13’, 13”, 14) é removido das segunda, terceira e quarta colunas de retificação (7’), (7”) e (11).

31. Sistema de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que as segunda, terceira e quarta colunas de retificação (7’), (7”) e (11) geram as terceira, quarta e quinta correntes de flegma-vinhaça (15’), (15”) e (16), respectivamente.

32. Sistema de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que a terceira coluna de retificação (7’) recebe a quarta corrente de flegma-vinhaça (15”), e as primeira e segunda colunas de depuração (2) e (3) receberem as terceira e quinta correntes de flegma-vinhaça (15’) e (16), respectivamente.

33. Sistema de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de retificação (7’) recebe a segunda cor- rente de topo (8’), e a segunda coluna de depuração (3) recebe a terceira corrente de vinhaça (6”), após as referidas correntes terem passado através do segundo trocador de calor (10’).

34. Sistema de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a quarta coluna de retificação (7”) recebe a terceira corrente de topo (8”), e a segunda coluna de depuração (3) recebe a terceira corrente de vinhaça (6”), após as referidas correntes terem passado através do ter- ceiro trocador de calor (10”).

35. Sistema de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de retificação (11) compreende pelo me- nos uma seção de recheio.

36. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma referida seção de recheio compreender uma recheio de plástico ou uma recheio randômica.

37. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de retificação (11) compreende a seção de bandeja valvulada abaixo da seção de recheio.

38. Sistema de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que a segunda coluna de retificação (11) compreende a seção de bandeja perfurada abaixo da seção de bandeja valvulada.