BRPI0717604B1

BRPI0717604B1 - Instalação para separação de etanol a partir de mosto fermentado

Info

Publication number: BRPI0717604B1
Application number: BRPI0717604-0A
Authority: BR
Inventors: Bethge Daniel
Original assignee: Gea Wiegand Gmbh
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2018-06-19
Also published as: DE102006049174A1; BRPI0717604A2; EP2079539A1; WO2008046635A1; RU2425885C2; EP2079539B1; RU2009118466A

Description

(54) Título: INSTALAÇÃO PARA SEPARAÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE MOSTO FERMENTADO (51) Int.CI.: B01D 3/00; C12P 7/06 (30) Prioridade Unionista: 18/10/2006 DE 10 2006 049 174.2 (73) Titular(es): GEA WIEGAND GMBH (72) Inventor(es): DANIEL BETHGE

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para INSTALAÇÃO PARA SEPARAR ETANOL DE MOSTO FERMENTADO DESCRIÇÃO [001] A presente invenção refere-se a uma instalação para separar etanol a partir de mosto fermentado.

[002] No caso de produção em larga escala industrial de álcool, especialmente de etanol concentrado, o etanol é extraído em uma assim chamada coluna de mosto a partir do caldo de fermentação conduzido em um processo de fermentação precedente, mediante aquecimento. Enquanto o fluxo de produto enriquecido com etanol deixa a coluna de mosto como vapor de topo, a vinhaça livre de álcool, enriquecida com matérias sólidas do caldo de fermentação se acumula no fundo da coluna de mosto.

[003] É conhecido aquecer diretamente a coluna de mosto com vapor fresco. Naturalmente, o vapor fresco aumenta o teor de água no processo. Por isso, também é usual introduzir energia de calor através da vinhaça que se acumula no fundo, por meio de um refervedor projetado como evaporador de circulação forçada, e neste caso, aquecer o evaporador, através do qual a vinhaça é conduzida na circulação, através de vapor fresco ou também vapor de produto de um outro estágio do processo de produção de álcool. Por exemplo, evaporadores de circulação forçada desse tipo são conhecidos a partir do documento WO 2004/038031 e DE 3037736 C2.

[004] Certamente, partiu-se do fato de a utilização de um evaporador de circuito de circulação forçada para o aquecimento da coluna de mosto restringir as condições operacionais da coluna. Por outro lado, componentes de vinhaça se acumulam a uma temperatura bastante elevada nas paredes da instalação, e assim particularmente do evaporador de circulação forçada. Isso dificulta a integração de energia da coluna de mosto no balanço de energia da instalação produtora de álPetição 870180018470, de 07/03/2018, pág. 3/21

2/8 cool.

[005] É tarefa da invenção criar uma instalação para separar etanol a partir de mosto fermentado, cuja demanda de energia pode ser melhor integrada do que até então no balanço de energia de uma instalação inteira para a produção de álcool. Particularmente, a energia pode ser conduzida a um nível de temperatura mais baixo do que até então é usual.

[006] A solução, de acordo com a invenção, da tarefa acima parte de uma instalação para separação de etanol a partir de mosto fermentado, que compreende:

- uma coluna de mosto com uma entrada para mosto fermentado e com uma saída para vapor de etanol na área do topo da coluna e

- um refervedor externamente aquecido, conectado à área de fundo da coluna de mosto para a condução de calor até a coluna de mosto e é caracterizado pelo fato de que a vinhaça que se acumula na coluna de mosto poder ser conduzida a um dispositivo separador que separa a vinhaça em uma fração de matéria sólida e em uma fração líquida, e de o refervedor ser projetado como evaporador de fluxo de queda, que evapora pelo menos uma parte da fração líquida e conduz a fração líquida evaporada e/ou o vapor surgido durante a evaporação, até a área de fundo da coluna de mosto.

[007] No caso do uso de um evaporador convencional a vinhaça conduzida no circuito precisa ser aquecida e, de forma correspondente, o meio a ser conduzido para o aquecimento externo do refervedor, por exemplo, na forma de vapor em um outro estágio de processo, precisa ser conduzido em um nível de temperatura relativamente alto. O superaquecimento é considerado como necessário para atingir uma evaporação de alívio na coluna de mosto, o que diminui a tendência à formação de depósitos no refervedor. Sem contar a obrigação já menPetição 870180018470, de 07/03/2018, pág. 4/21

3/8 cionada para o superaquecimento da vinhaça são necessários para a circulação forçada bombas relativamente potentes, que produzam uma circulação turbulenta no refervedor.

[008] Diferentemente do estado da técnica, no âmbito da invenção é utilizado como refervedor um evaporador de película de queda. Evaporadores de película de queda adequados são conhecidos, por exemplo, pelos documentos DE 101 47 674 A1, de 1 519 714 E CH 510 450. Deve-se entender por um evaporador de película de queda também um evaporador de fluxo de queda. Para tais evaporadores é fundamental que a evaporação não seja feita na coluna de mosto, diferentemente do que ocorre nos atuais evaporadores de circulação forçada, mas sim diretamente no refervedor. O produto não precisa ser superaquecido para a evaporação de alívio na coluna de mosto, e correspondentemente, basta uma diferença pequena de temperatura entre o lado de aquecimento e o lado do produto do evaporador de película de queda. Como o evaporador de película de queda não fica exposto à vinhaça carregada com matéria sólida, mas sim apenas à fração líquida basicamente livre de matéria sólida da vinhaça. A sujeira do evaporador de película de queda sensível à sujeira em si pode ser evitada. A fração de matéria sólida separada em um dispositivo separador a partir da vinhaça, é removida do processo. O vapor produzido no evaporador de película de queda é introduzido diretamente na coluna de mosto para o aquecimento. Tendo em vista a diferença de temperatura relativamente pequena entre o lado de aquecimento e o lado do produto do evaporador de película de queda, um tal refervedor pode ser integrado facilmente no processo todo. Por exemplo, o evaporador de película de queda pode ser aquecido com vapor de topo de uma coluna de retificação subsequente à coluna de mosto. A ideia que serve de base à invenção, de separar a partir da vinhaça que se acumula na coluna de mosto a fração de matéria sólida e de conduzir

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4/8 apenas a fração líquida ao evaporador de película de queda para a produção de um vapor que aquece a coluna de mosto, pode ser realizada de diferentes modos. Em uma primeira variante, o dispositivo separador pode ser conectado a uma saída de vinhaça disposta acima da área de fundo da coluna de mosto, sendo que o evaporador de película de queda é conectado a um circuito de circulação forçada condutor através da área de fundo da coluna de mosto, ao qual pode ser conduzida pelo menos uma parte da fração líquida do dispositivo separador. A saída de vinhaça pode ser prevista por exemplo no fundo mais baixo do segmento que extrai o álcool da coluna de mosto, enquanto o circuito de circulação forçada que contém uma bomba de circulação parte de uma saída de fundo mais baixa da coluna de mosto. Convenientemente, a fração líquida é introduzida entre a saída de fundo e a bomba de circulação no circuito de circulação forçada.

[009] O dispositivo separador não está pelo menos em condições de separar totalmente a porção de matéria sólida da vinhaça. Então o afluxo do evaporador de película de queda reconduzido ao fundo da coluna de mosto muitas vezes ainda contém porções residuais de matérias sólidas separadas e/ou dissolvidas. Convenientemente, por isso, uma parte da fração líquida que circula no circuito de circulação forçada é conduzida a um dispositivo de evaporação de vinhaça. Esse dispositivo pode compreender uma centrífuga e/ou pelo menos um outro evaporador, por exemplo evaporador de fluxo de queda para espessar as porções de matéria sólida remanescentes.

[0010] No caso de uma outra variante o dispositivo separador pode ser conectado a uma saída de vinhaça na área de fundo da coluna de mosto, sendo que pelo menos uma parte da fração líquida pode ser conduzida a um circuito de circulação forçada condutora através do evaporador de película de queda. Pelo menos uma parte da fração líquida que circula no circuito de circulação forçada pode ser conduzida

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5/8 na área de fundo da coluna de mosto. Tal como no caso da variante primeiramente mencionada, a porção da fração líquida retornável pode estar presente pelo menos parcialmente na forma de vapor. No caso também da segunda variante, uma parte da fração líquida que circula no circuito de circulação forçada pode ser conduzida a um dispositivo de evaporação de vinhaça para poder conduzir matéria sólida da vinhaça para aproveitamento separado, por exemplo, como ração animal ou similar.

[0011] O dispositivo separador pode ser projetado de maneira convencional, por exemplo, como recipiente de sedimentação ou como filtro. Convenientemente trata-se de uma centrífuga ou de um decantador.

[0012] A seguir, são mais detalhadamente esclarecidos exemplos de concretização da invenção, com base em um desenho, onde:

[0013] a figura 1 mostra um esquema ilustrado de uma instalação para separação de etanol a partir de mosto fermentado, e [0014] a figura 2 mostra uma variante da instalação.

[0015] A instalação, de acordo com a figura 1, compreende uma coluna de mosto convencional 1, à qual, acima de sua área de extração de álcool, em uma entrada 3, pode ser conduzido mosto, fermentado a partir de um processo de fermentação sugerido pelo número 5, ou seja, inteiramente fermentado, na forma de um caldo de fermentação. A coluna de mosto 1 contém uma multiplicidade de fundos sobrepostos 7 para ampliar a superfície de líquido que extraí etanol, acima de um fundo de coluna 9, sobre o qual a coluna de mosto 1 é aquecida de maneira adiante mais detalhadamente esclarecida. Em uma saída de topo 11 da coluna de mosto 1 é extraído o vapor de álcool que sobe.

[0016] Para o aquecimento da coluna de mosto 1, um refervedor 13 é previsto na forma de um evaporador de película de queda, que

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6/8 aquece a área de fundo através do circuito de circulação forçada 15 condutor pelo fundo 9 da coluna de mosto 1. O circuito de circulação forçada 15 conduz de uma saída de fundo 17 mais baixa através de uma bomba de circulação 19 para uma entrada de produto no alto 21 do evaporador de película de queda 13. Através de sua saída de condensado 23, o evaporador de película de queda 13 é conectado a uma entrada 25 do fundo 9 da coluna de mosto 1, situada acima da saída de fundo 17. A partir de uma fonte de calor 27, é conduzido ao evaporador de película de queda 13 em 29, um meio de aquecimento, por exemplo na forma de vapor de uma outro estágio de processo da instalação produtora de álcool, e em 31 novamente transportado após processamento de pelo menos uma parte da energia de calor, por exemplo, como condensado. O condensado pode ser conduzido a um outro estágio de recuperação de calor 33. Como fonte de calor, conforme é sugerido na figura 1 pelo número 35, pode servir uma coluna de retificação que aumenta a concentração de álcool, e é conectada à saída de topo 11, cujo vapor de topo é conduzido ao evaporador de película de queda 13 para o aquecimento.

[0017] A vinhaça livre de álcool, que se acumula na coluna de mosto, é extraída na área do fundo mais baixo 7, e conduzida a um decantador 37, que separa o máximo possível a fração de matéria sólida da vinhaça. O bolo de decantador aqui produzido, é separado do processo e em 39 conduzido para processamento posterior, por exemplo, para formar ração animal ou semelhante. A fração líquida que se acumula no decantador 37 em 41 é introduzida no circuito de circulação forçada, entre a saída de fundo 17 e a bomba de circulação 19. O evaporador de película de queda 13 não aquece, portanto, diretamente a vinhaça que contém matéria sólida, mas sim simplesmente sua fração líquida livre amplamente de matérias solidas. Isso diminui significativamente o risco de sujeira do evaporador de película de quePetição 870180018470, de 07/03/2018, pág. 8/21

7/8 da 13. Matérias sólidas ou não removidas, ainda presentes no produto de descarga de fundo, são em 43 extraídas do circuito de circulação forçada 15, e conduzidas a um estágio de evaporação de vinhaça 45 convencional. O estágio de evaporação de vinhaça 45 pode compreender uma centrífuga não detalhadamente ilustrada e/ou pelo menos um evaporador, por exemplo um evaporador de fluxo de queda. Convenientemente, a fração líquida é introduzida a jusante do ponto de extração 43 no circuito de circulação forçada 15.

[0018] A coluna de mosto 1 é operada sob subpressão. Normalmente, na área de topo da coluna de mosto 1 predomina uma pressão de aproximadamente 20 - 30 kPa (200-300 milibar) e na área de fundo uma pressão de aproximadamente 40 - 50 kPa (400 a 500 milibar). A pressão na área de trabalho do evaporador de película de queda 13 é de aproximadamente 50 kPa (500 milibar). A evaporação da fração líquida se realiza no evaporador de película de queda 13 e correspondentemente, a fração líquida evaporada, aquecida e que se acumula na saída de produto 23, inclusive do vapor ali presente, pode ser utilizada diretamente para o aquecimento do fundo 9 da coluna de mosto

1. Como a fração líquida é satisfatoriamente livre de matéria sólida, é pequeno o risco de o evaporador de película de queda 13 seja sujo por matéria sólida. A vantagem do evaporador de película de queda 13 de a temperatura do meio de aquecimento conduzido a sua entrada de aquecimento 29, ter que ser apenas um pouco maior, por exemplo 5°C mais alta do que a temperatura de ebulição do produto a ser evaporado, neste caso da fração líquida, facilita a integração da instalação no balanço de energia de toda a instalação produtora de álcool. A quantidade de energia necessária para o aquecimento da coluna de mosto 1 pode, portanto, ser disponibilizada em um nível de temperatura mais baixo do que o até então praticado.

[0019] A instalação ilustrada na figura 2 para separação de etanol

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8/8 a partir de mosto fermentado, se diferencia da instalação da figura 1 apenas pelo local de extração de vinhaça a partir da coluna de mosto e pela configuração do circuito de circulação forçada. Componentes de mesma ação são assinalados pelos números de referência da figura 1 e são providos da letra a para fins de diferenciação. Para esclarecer a estrutura e o modo de ação assim como de possíveis variantes é feita referência à descrição da figura 1.

[0020] Diferentemente da instalação da figura 1, o circuito de circulação forçada 15 a que aloja a fração líquida do decantador 37 a não é conduzido pelo fundo 9°C a da coluna de mosto. O de cantador 37 a, fica conectado à saída de fundo 17 a na área mais baixa do fundo 9a da coluna de mosto 1 a, e recebe a vinhaça diretamente do fundo 9a. A fração líquida que se acumula em 43 a do decantador 37 a, é introduzida no circuito de circulação forçada 15 a, entre a saída de produto 23 a que cede a fração líquida evaporada do evaporador de película de queda 13 a e a bomba de circulação 19a. Uma parte da fração líquida evaporada e, especialmente, o vapor que se acumula no evaporador de película de queda 13 a, é conduzida através da entrada 25 a ao fundo 9 a diretamente para o aquecimento. Naturalmente que opcionalmente para o aquecimento direto também pode ser introduzido exclusivamente vapor no fundo 9 a. Matérias sólidas ainda presentes eventualmente na fração líquida na saída 23 a do evaporador de película de queda 13 a podem ser removidas, por sua vez, em um estágio 45 a de evaporação de vinhaça. As vantagens obtidas com a instalação de acordo com a figura 1 também são obtidas com a instalação de acordo com a figura 2, com a vantagem adicional da separação do circuito de circulação forçada 15 a da coluna de mosto 1 a.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Instalação para separar etanol de mosto fermentado, compreendendo,

- uma coluna de mosto (1) para retirada de etanol a partir de mosto fermentado com uma entrada (3) para mosto fermentado e com uma saída (11) para vapor de etanol na área do topo da coluna,

- um refervedor (13) aquecido externamente, conectado à área de fundo (9) da coluna de mosto (1), para a condução de calor até a coluna de mosto (1),

- sendo que a vinhaça que se acumula na coluna de mosto (1) poder ser conduzida a um dispositivo separador (37) que separa a vinhaça em uma fração de matéria sólida e uma fração líquida, caracterizada pelo fato de que o refervedor ser projetado como evaporador de fluxo de queda (13), que evapora pelo menos uma parte da fração líquida e conduz a fração líquida evaporada e/ou o vapor que se forma durante a evaporação, à área de fundo (9) da coluna de mosto (1) e onde uma coluna de retificação (35) que aumenta a concentração de etanol do vapor de etanol é conectada em série a jusante da coluna de mosto (1), cujo vapor de topo pode ser conduzido ao evaporador de película de queda (13) para o seu aquecimento.
2. Instalação para separar etanol de mosto fermentado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo separador (37) ser conectado a uma saída de vinhaça da coluna de mosto (1) conectada acima da área de fundo (9) e de o evaporador de película de queda (13) ser conectado a um circuito de circulação forçada (15) condutor pela área de fundo (9) da coluna de mosto (1), ao qual pode ser conduzida uma parte da fração líquida do dispositivo separador (37).
3. Instalação para separar etanol de mosto fermentado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o disposiPetição 870180018470, de 07/03/2018, pág. 11/21

2/2 tivo separador (37 a) ser conectado a uma saída de vinhaça (17 a) na área de fundo (9 a) da coluna de mosto (1 a) e de pelo menos uma parte da fração líquida poder ser conduzida a um circuito de circulação forçada (15 a) condutor pelo evaporador de película de queda (13 a) e de pelo menos uma parte da fração líquida que circula no circuito de circulação forçada (15 a) e/ou vapor do evaporador de película de queda (13 a) poder ser reconduzida à área de fundo (9 a) da coluna de mosto (1 a).
4. Instalação para separar etanol de mosto fermentado, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que uma parte da fração líquida que circula no circuito de circulação forçada (15, 15 a), poder ser conduzida a um dispositivo de evaporação de vinhaça (45, 45 a).
5. Instalação para separar etanol de mosto fermentado, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o dispositivo separador (37) ser projetado como decantador.
6. Instalação para separar etanol de mosto fermentado, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a vinhaça que se acumula na coluna de mosto (1), poder ser conduzida diretamente ao dispositivo separador (37).

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