BRPI0801519B1

BRPI0801519B1 - "sistema para concentração de vinhaça sem consumo extra de vapor acoplado à destilaria de etanol."

Info

Publication number: BRPI0801519B1
Application number: BRPI0801519-8A
Authority: BR
Inventors: Jaime Lacerda De Almeida; Paulo Henrique Sampaio
Original assignee: Citrotec Indústria E Comércio Ltda; Jaime Lacerda De Almeida
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2015-05-05
Also published as: AU2009245991A1; BRPI0801519A2; AU2009245991B2; CO6311085A2; ZA201004697B; WO2009137898A1

Description

SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA

DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL preferencialmente. Esse sistema utiliza dois tubulões evaporadores como refervedores das colunas para reduzir a formação de vinhaça e a energia e a energia de condensação do vapor alcoólico associada ao princípio da névoa turbulenta descendente e ao efeito vácuo para reduzir a quantidade de vinhaça produzida e para o aproveitamento da água, principalmente.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A vinhaça é o subproduto de maior quantidade e de grande potencial poluente da fabricação do álcool. Esse resíduo foi, inicialmente, lançado em rios e, depois, em áreas próximas às destilarias. O impacto negativo da ação da vinhaça no meio ambiente provocou a preocupação e a reação da sociedade. Com a expansão da indústria alcooleira do país e o consequente aumento da quantidade de vinhaça resultante, urgia uma solução para esse subproduto. A fertirrigação, uma técnica que consiste em aplicar a vinhaça como fertilizante nas áreas cultivadas de cana-de-açúcar, surgiu como alternativa de uso eficaz desse resíduo. Seu emprego na adubação do solo substituiu quase que totalmente o uso de fertilizantes químicos e constituiu um elemento fundamental para o baixo custo da produção brasileira de etanol proveniente da cana-de-açúcar, o que tornou o produto nacional altamente competitivo frente aos de outros países. O aumento da demanda mundial por etanol combustível e a constante preocupação com os impactos ambientais provenientes de sua produção trouxeram à tona a necessidade de novas pesquisas voltadas para o desenvolvimento de tecnologias que possibilitassem e viabilizassem a concentração da vinhaça e o seu emprego na fertirrigação do solo sem prejuízos ao meio ambiente. O uso dos sistemas convencionais e o processo implicado para a fabricação do etanol conhecidos atualmente geram como subproduto a vinhaça na proporção de 1 litro de etanol produzido para13 litros de vinhaça. Em maior dimensão, obtêm-se 13 mil litros de vinhaça a cada mil litros de etanol. As destilarias convencionais são basicamente formadas de colunas de destilação.

Na primeira delas, o vinho (aproximadamente a 9°GL) é destilado por meio da injeção direta de vapor d’água oriundo de caldeiras geradoras, resultando na formação da flegma (aproximadamente a 45°GL) e da vinhaça com 97% de água (3o Brix). A flegma segue para a segunda coluna, onde é destilada novamente, resultando em álcool (aproximadamente 93°GL) e no resíduo denominado flegmassa. Desse processo sobra a grande quantidade de vinhaça.

Tal resíduo apresenta, como particularidades básicas, alto teor de sais, principalmente o potássio (k), grande demanda biológica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DDQ) - 24.000 mg/le 7.000 mg/l, respectivamente - e baixíssimo brix (porcentagem de sólidos solúveis) - perto de 3% -, que impossibilitam a sua utilização para outros fins que não a fertirrigação. A aplicação desse subproduto nas plantações de cana requer caminhões como meio de transporte que, consequentemente, provocam grande poluição ambiental, degradação das rodovias e elevam o custo desse procedimento. A concentração da vinhaça, portanto, torna-se um recurso eficaz não só na redução em até dez vezes dos custos de seu transporte, como também na sua utilização como adubo, pois resulta inclusive desse processo a concentração dos seus sais fertilizantes.

Embora seja uma necessidade para as usinas, o processo para concentrar a vinhaça não pode implicar mais gasto com a utilização de energia extra em vapor, pois se trata de um subproduto, o que inviabiliza tal procedimento. Em face desse problema, os depositantes deste pedido de patente pesquisaram um sistema de concentração da vinhaça que, com o emprego da mesma energia, mantivesse a quantidade de etanol produzido, porém com um volume menor de vinhaça decorrente, e o resultado foi a construção de um SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL. O processo convencional de produção do etanol é realizado pelas colunas de destilação, que são alimentadas termicamente por vapor d’água produzido em caldeiras. A injeção direta do vapor d’água na primeira coluna de destilação é a responsável pelo grande volume de vinhaça resultante do processo, o qual é, atualmente, o único conhecido para a produção do etanol. O sistema de concentração de vinhaça descrito neste documento de patente, diferentemente do convencional, posiciona tubulões em série e acopla- os às colunas das destilarias de etanol, como representado na figura 1, com intuito de concentrar a vinhaça sem consumir energia extra, ou seja, com a mesma quantidade de energia utilizada anteríormente somente para produzir etanol, o sistema aqui apresentado realiza a produção de etanol e concentra a vinhaça.

ESTADO DA TÉCNICA

As tecnologias na área sucroalcooleira, especialmente na concentração de vinhaça, têm desenvolvimento concreto como comprovam as várias patentes existentes. O documento de patente US229769 refere-se a um sistema cujo processo recupera os sólidos de uma cervejaria ou planta de etanol. Nele, um subproduto forma uma pasta (thin Slop) que é encaminhada para evaporadores com múltiplos efeitos de evaporação e que, posteriormente, é separada por uma centrífuga. Embora esse sistema realize uma concentração de subprodutos, o mesmo não utiliza tubulões evaporadores como refervedores e condensadores, além de que a energia térmica usada para evaporação é proveniente de uma caldeira geradora de vapor. A patente US3969537 descreve um método de tratamento de vinhaça, especialmente a vinhaça da batata, cujo subproduto é triturado e esmagado, o caldo é destilado, e a vinhaça resultante é fracionada em um decantador, de onde o líquido limpo é direcionado para um sistema de evaporação sob efeito de vácuo. Apesar de esse processo apresentar um sistema de evaporação e concentração de vinhaça, ele é alimentado termicamente por vapor d’água produzido em caldeiras e não visa à diminuição da quantidade dos subprodutos da destilaria. O documento de patente US20070000769 apresenta um sistema para produção de etanol a partir de uma fonte orgânica que purifica e seca o etanol, produzindo o etanol anidro em uma coluna de destilação. Emprega uma peneira molecular para a desidratação do subproduto. Embora utilize evaporadores que recirculam o fluido da coluna, esse sistema não visa tratar e concentrar a vinhaça (WATER), mas produzir etanol anidro, resultando em efeitos técnicos totalmente distintos. A patente PI0600553-5 expõe um sistema para a produção de etanol por meio de integração energética. Nele, o vapor de uma coluna alimenta a destilação da coluna subsequente. A invenção cuja patente é aqui requerida difere desse sistema descrito por empregar a integração energética para a produção de etanol com formação de vinhaça concentrada como subproduto.

Além disso, é possível instalar o novo equipamento acoplado às colunas do antigo sistema. O documento US4428799 mostra um sistema para aproveitamento de etanol a partir da concentração de resíduos da fermentação. Consiste em evaporadores tubulares do tipo casco/tubo cuja alimentação é proveniente de uma rede de vapor d’água. O vapor alcoólico produzido na coluna é condensado em um condensador tipo serpentina, onde ocorre perda energética. O sistema proposto neste documento de patente emprega o mesmo volume de vapor d’água para produzir o etanol e concentrar a vinhaça sem perda energética.

Esses sistemas se mostram inviáveis para produzir etanol com menor volume de vinhaça e vinhaça concentrada como produto sem consumo extra de energia. O desenvolvimento do sistema cuja patente é requerida sana todas as situações contraproducentes resultantes do funcionamento desses equipamentos.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

Ao considerar o papel relevante do Brasil como produtor de etanol a partir da cana-de-açúcar diante da grande demanda mundial desse combustível e na ausência de um sistema cuja eficiência garanta a economia energética envolvida no processo de produção do etanol, os inventores desenvolveram o SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM

CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL que consiste na integração do sistema de concentração propriamente dito com os destiladores, fazendo com que os evaporadores concentradores, ao mesmo tempo, desempenhem a função de condensadores das colunas de destilação de etanol e aproveitem essa energia térmica de condensação para concentração de vinhaça.

O desenvolvimento desse SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE

VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL, que utiliza como fonte de calor o vapor alcoólico gerado na destilação do etanol, dá-se pela grande necessidade de concentrar a vinhaça sem consumo extra de energia pelas usinas. Nesse contexto, a presente invenção revela um sistema constituído de evaporadores tipo névoa turbulenta, separadores, bombas, condensador tipo evaporativo e tubulações, representado pela figura 1, o qual realiza o aproveitamento térmico e a multiplicação dessa energia para concentrar a vinhaça, gerando grande quantidade de água, vapor e vinhaça concentrada.

Essa disposição construtiva, preferencialmente fabricada em aço inoxidável ou aços similares, integra a planta de concentração com a de destilação de etanol, para que seja realizada a concentração da vinhaça com a energia de condensação do vapor alcoólico especialmente das colunas (C1 e 0,2). Esse equipamento realiza a concentração da vinhaça em sete etapas subsequentes nas quais a vinhaça é concentrada em estágios até que sua viscosidade aumente e tenha as suas características fertilizantes. O objetivo de se desenvolver esta invenção para planta de concentração de vinhaça é a necessidade de condensar o vapor alcoólico da segunda coluna, com eficiência, no tubulão tipo condensador (T2) de primeiro efeito e múltiplicar essa energia térmica para as etapas subsequentes. A integração deste sistema para concentração com a planta da destilaria já existente resulta em uma condensação do vapor alcoólico mais eficiente e em uma concentração de vinhaça com energia residual, acarretando uma economia considerável para a usina. O sistema para concentração de vinhaça sem consumo extra de vapor requerido como privilégio de invenção substitui a injeção direta de vapor nas colunas (C1 e C2) pela alimentação térmica de vapor vegetal gerado no tubulão (T1) casco/tubo de névoa turbulenta a elas acoplado, como representado na figura 1. O tubulão (T1) recebe esse vapor d’água (3), que anteriormente era injetado nas colunas, como única fonte de energia na sua parte externa (lado casco) e, na sua parte interna (lado tubo), recebe a vinhaça (subproduto da destilação da coluna C1) como produto de concentração.

Nessa etapa do sistema de concentração, a vinhaça sofre seu primeiro efeito de concentração por evaporação no tubulão evaporador (T1), com névoa turbulenta, gerando vapor vegetal para alimentar a destilação da coluna C1.

Essa disposição construtiva acarreta em uma produção de etanol com redução de até 30% na produção de vinhaça em volume.

No sistema convencional da produção de etanol, os vapores produzidos na destilação do vinho nas colunas (C1) e (C2) são os vapores alcoólicos (9) e (11), respectivamente, condensados em condensadores tubulares, o que acarreta uma grande perda energética para a usina produtora de etanol se comparado ao sistema requerido. Com a adição do sistema acoplado para concentração de vinhaça, esses vapores são condensados nos cascos dos tubulões (T2) casco/tubo sob vácuo e efeito de névoa turbulenta. Essa energia térmica é aproveitada para concentrar a vinhaça por evaporação e gerar mais energia para os estágios subsequentes de evaporação (até 7), responsáveis pela vinhaça concentrada, produto rentável para a usina e utilizado na agricultura.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

SISTEMA DE CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL, pleiteado como patente de invenção, refere-se a um sistema para concentração, resultado da combinação de tubulões evaporadores tipo névoa turbulenta com função de refervedores (T1) das colunas (C1) e (C2) com tubulão condensador (T2) de vapores alcoólicos (9) e (11) e evaporadores de concentração (T3) e (T4), aquecedor final de vinho, separadores (S), pré-aquecedores, bombas de fluxo (5), sistema de remoção de ar e geração de vácuo (8), duto de vapor e condensadores evaporativos (7), todos alimentados exclusivamente pela energia de condensação dos vapores alcoólicos (9) e (11) das colunas (C1) e (C2) de destilação do etanol (Figura 1).

Um dos pontos de destaque do processo ora requerido como patente de invenção, além do aperfeiçoamento, é a realização do processo de concentração de vinhaça utilizando os corpos de evaporação como refervedores (T1) das colunas e condensadores (T2) dos destiladores sem consumo extra de energia e a reutilização dessa energia térmica em múltiplos estágios e efeitos de evaporação.

Em suma, a presente invenção apresenta as vantagens preponderantes do seu efeito técnico: • Produção de etanol e vinhaça concentrada sem consumo extra de água externa ou emprego de torres de resfriamento, haja vista o equipamento utilizar um condensador do tipo evaporativo. • Produção de etanol com baixa formação de vinhaça, sem incremento no consumo de vapor - cerca de 20 vezes menos vinhaça (0,61 para cada litro de etanol) com até 60 brix de concentração. • A redução do volume da vinhaça em torno de 95% movimentação e área de armazenamento. • Com a concentração de vinhaça obtém-se como subproduto o condensado (água) com DBO aproximado de 100 mg/l e DQO de aproximadamente 300mg/l. • Constitui uma alternativa econômica, ecológica e eficaz na destilação da vinhaça. • Devido à alteração da taxa de refluxo das colunas, é possível obter-se o dobro da produção de etanol para o mesmo diâmetro da coluna. • Fácil adaptabilidade às colunas existentes.

Outro benefício proporcionado pelo sistema de concentração de vinhaça para a usina produtora de etanol é a possibilidade de se tornar autossuficiente na produção de água, pois a tecnologia proporciona a produção de água em quantidade considerável para utilização no processo em questão ou em outro empregado na usina.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Segue uma descrição dos desenhos apresentados neste documento, a partir dos quais a invenção será explicada tecnicamente: FIGURA 1 - Desenho esquemático do SISTEMA PARA

CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR

ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL

FIGURA 2 - Desenho do detalhe da parte A do SISTEMA PARA

CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL.

FIGURA 3 - Desenho do detalhe da parte B do SISTEMA PARA

CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR

ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL

Para melhor compreensão da invenção cuja patente é requerida, segue uma descrição detalhada da mesma. A figura 1 corresponde a uma vista completa do sistema de concentração que, acoplado às colunas de destilação, funciona como refervedor das colunas em questão e possui o múltiplo efeito de evaporação, que implica o aproveitamento térmico do vapor alcoólico para a concentração da vinhaça em etapas. Tal processo é representado pela parte A do sistema, descrito a seguir.

Da esquerda para a direita, tem-se o refervedor da primeira coluna (T1), o qual recebe, no lado tubo, a vinhaça proveniente da coluna (C1) sob efeito de névoa turbulenta descendente. O resultado é a primeira concentração da vinhaça. Essa etapa do sistema é alimentada térmica e diretamente por vapor d’água produzido em caldeira ou vapor de escape, o qual é injetado no lado casco do tubulão (T1) onde a água condensada é drenada na base e pode ser armazenada ou direcionada para outro processo que permita a utilização desse condensado de vapor.

Nessa etapa do sistema, a vinhaça sofre seu primeiro estágio de evaporação, e o vapor produzido no refervedor (T1) é separado da vinhaça por um separador (S) de vapor. Em seguida, esse vapor é direcionado por um duto até a base da coluna (C1). O etanol é então produzido com 30% a menos de formação de vinhaça. Esta, após sofrer sua primeira evaporação, é removida na base do refervedor (T1) e, em seguida, é direcionada por tubulação e bombas centrífugas até o topo cônico do tubulão condensador (T2) de vapor alcoólico, para sofrer seu segundo estágio de evaporação. Esse tubulão é alimentado internamente (lado tubo) pela vinhaça e externamente pelo vapor alcoólico proveniente da destilação da coluna (C1). Esse efeito de evaporação é alimentado exclusivamente por vapor alcoólico, o que resulta em aproveitamento térmico para a concentração da vinhaça.

Com objetivo de concentrar a vinhaça em um volume reduzido de até 10 vezes, essa energia térmica do vapor alcoólico é multiplicada em estágios subsequentes de evaporação sobre efeito de vácuo (T3 e T4). No tubulão condensador (T2), a alimentação térmica é realizada pelo vapor alcoólico que, por sua vez, concentra a vinhaça e gera vapor vegetal para alimentar o efeito subsequente (T3). Para o aproveitamento desse vapor vegetal, o separador de vapor (S), posicionado entre os tubulões (T2) e (T3), separa o vapor vegetal e o direciona por um duto até o tubulão evaporador (T3) de terceiro efeito. Nessa etapa, a vinhaça sofre sua terceira evaporação no tubulão (T3), que tem o vapor vegetal oriundo do tubulão (T2) como única fonte de alimentação térmica para o processo.

Novamente a evaporação da vinhaça produz vapor vegetal para o efeito de evaporação que ocorre no tubulão (T4). A vinhaça sofre, então, no tubulão casco/tubo (T4), o quarto efeito de evaporação: o vapor vegetal proveniente do tubulão (T3), que é injetado no casco do tubulão (T4), realiza a troca térmica com a vinhaça presente no lado tubo do tubulão (T4), promovendo a evaporação da vinhaça e gerando mais vapor vegetal, que é encaminhado ao condensador evaporativo. A parte B da figura 1, descrita a seguir, representa a segunda etapa do sistema como um todo. O casco do tubulão (T1) recebe o vapor de caldeira (03) e gera vapor vegetal proveniente da evaporação da vinhaça para alimentar termicamente a destilação da coluna (C2). No sistema convencional, a coluna (C2) é alimentada pela injeção direta de vapor da caldeira na sua base, ou pelo vapor alcoólico produzido na destilação da coluna (C1). A vinhaça dispensada no tubulão (T4) é encaminhada por tubulação e impulsionada por bomba centrífuga (5) até o tubulão condensador de vapor alcoólico (T2) da coluna (C2) e passa pelo quinto estágio de evaporação. O tubulão (T2) é alimentado termicamente por vapor alcoólico produzido na destilação do etanol na coluna (C2) que realiza a evaporação da vinhaça e gera vapor vegetal para alimentar termicamente o tubulão (T3).

Com esse sistema para concentração, o vapor de um efeito alimenta termicamente o efeito subsequente. Entre os tubulões evaporadores, são dispostos separadores cônicos (S) que dissociam o vapor da vinhaça concentrada após a evaporação térmica de cada efeito. Toda a água condensada produzida nos estágios de condensação do vapor da vinhaça é armazenada no tanque de condensado (não representado) para ser utilizada na limpeza ou em outro processo da produção de etanol. O álcool (45°GL) condensado no casco do tubulão (T2) é drenado na parte inferior e bombeado para a coluna (C2) a fim de continuar a produção de etanol (98°GL). Nos cascos dos tubulões subsequentes, é drenado o condensado proveniente da evaporação da vinhaça do efeito anterior. Já no casco dos tubulões (T1) das partes A e B do sistema, é drenada a água condensada do vapor d’água produzido em caldeira.

Os vapores vegetais de evaporação são gerados em cada efeito de evaporação da vinhaça e é utilizado em todo o sistema. Os vapores vegetais gerados simultaneamente pelos refervedores (T1) são direcionados para as colunas (C1) e (C2) de destilação do vinho. Os vapores gerados da evaporação da vinhaça em cada tubulão da planta de concentração são vapores vegetais e são utilizados como única fonte de energia para a concentração da vinhaça no efeito subsequente. A pressão negativa (efeito vácuo) corre em sentido contrário ao trajeto da vinhaça: enquanto esta vai do primeiro tubulão (T2), da parte A do sistema, para o condensador evaporativo (7) no final do sistema, a pressão negativa (efeito vácuo) corre em sentido contrário, iniciando-se após o condensador evaporativo (7) (vácuo máximo) e percorrendo todo o trajeto da vinhaça até o tubulão (T2) da parte (A) do sistema. Esse sistema de remoção de ar (8) é provido de uma bomba que remove o ar e diminui a pressão até o vácuo para reduzir a temperatura de evaporação da vinhaça. A figura 2 corresponde a um desenho esquemático que representa a atuação do tubulão (T1) da parte A recebendo o vapor d’água produzido em caldeiras e a atuação dos tubulões (T2) como condensadores do vapor alcoólico (9) produzido no topo da coluna (C1), aproveitando a energia de condensação para realizar o segundo efeito de evaporação na vinhaça. Esse estágio é alimentado termicamente por vapor alcoólico produzido pela destilação na coluna (C1), promovendo uma evaporação com energia residual.

Esse tubulão (T2) recebe a vinhaça proveniente da primeira evaporação ocorrida no tubulão (T1) por meio de tubulação e bombas centrífugas, que mantêm o fluxo contínuo a fim de propiciar a evaporação e gerar vapor para alimentar os efeitos subsequentes. A figura 3 equivale à parte B do sistema e mostra os últimos efeitos de evaporação da vinhaça com finalidade de concentrá-la e diminuir o seu volume.

Representa o sistema de tubulão acoplado à coluna (C2), o qual atua como refervedor (T1) e condensador (T2) do vapor alcoólico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL, requerido como privilégio de patente de invenção, aplica-se preferencialmente a destilarias (1) de etanol, cujos equipamentos constituintes sejam preferencialmente manufaturados em aços inoxidáveis ou materiais similares e posicionados em série e sequência ora descrita, e permite realizar o processo de produção do etanol com um decréscimo de 30% na geração de vinhaça, além de concentrar esse subproduto (2). Para isso, o sistema de concentração de vinhaça sem consumo extra de energia ou vapor (3) posiciona dois tubulões (T1) de evaporação para atuarem como refervedores das colunas (C1) e (C2) das destilarias, eliminando a injeção direta de vapor produzido em caldeira na base da coluna, além de dispor os tubulões (T2) de evaporação como condensadores dos vapores alcoólicos (9) e (11) produzidos na destilação nas colunas em questão. No processo, são empregados: bombas (5) para a movimentação do produto, pré-aquecedores (não representados) para o aquecimento do vinho (6), aquecedor final (não representado) para o último aquecimento do vinho (6), coluna (C1) responsável pela primeira destilação, tubulões (T) que executam a evaporação da vinhaça, separadores (S) que dissociam os vapores dos líquidos no evaporador, coluna (C2) responsável pela segunda destilação, condensador (7) evaporativo que condensa os vapores dos últimos efeitos e sistema de remoção de ar (8) do equipamento por meio de vácuo.

De forma mais definida, o sistema (E) de concentração de vinhaça (2) recebe a vinhaça proveniente da fermentação do vinho (6), que é conduzida aos pré-aquecedores (não representados) que recebem a energia dos vapores (3) gerados da evaporação nos tubulões, elevando a temperatura do vinho (6) que segue para o aquecedor final (não representado), para então adentrar na primeira coluna (C1) de destilação já na temperatura ideal. Nessa coluna (C1), o vinho (6) é destilado segundo o processo: a coluna (C1) recebe vapor vegetal produzido (3) no tubulão tipo refervedor (T1) de primeiro efeito de evaporação da vinhaça, originando como produtos da coluna a vinhaça (2), na parte inferior, e, na parte superior, vapores alcoólicos (9 e 11). Cada tubulão é acompanhado de um separador (S) que dissocia o vapor do líquido entre os efeitos, garantindo a injeção de vapor vegetal no casco do tubulão subsequente ou nas colunas. Sendo assim, a concentração da vinhaça nesse sistema tem início com a vinhaça (2) proveniente da primeira coluna (C1) de destilação bombeada (5) para o tubulão (T1) de primeiro efeito e, em seguida, para o tubulão (T2) de segundo efeito ou corpo de evaporação tipo condensador.

Sequencialmente a vinhaça do tubulão evaporador (T2) é bombeada para o tubulão (T3) de terceiro efeito, tubulão (T4) de quarto efeito e, sucessivamente, até um número de tubulões suficiente para atender a demanda de concentração da planta, de modo que, no último tubulão, tem-se a vinhaça (2) concentrada em até 60 vezes a—concentração obtida em uma destilaria convencional. O vapor alcoólico (9) produzido na primeira coluna (C1) de destilação é condensado no casco do tubulão (T2) que fornece energia para os demais efeitos do concentrador de vinhaça. Depois de condensado, o vapor alcoólico (9) (com aproximadamente 45°GL) é bombeado para a segunda coluna (C2) de destilação, que recebe energia do tubulão (T1) de primeiro efeito da parte B da planta de concentração de vinhaça, tal qual ocorre na parte A (Figura 1). A flegma destilada (10) produz o vapor alcoólico (11) na coluna (C2) e um resíduo denominado flegmassa (12). Outra propriedade do sistema em questão permite que, em casos com menor concentração de vinhaça (2), o vapor alcoólico produzido na coluna (C1) seja injetado diretamente na coluna (C2). O vapor alcoólico (11) produzido na segunda coluna (C2) de destilação é igualmente condensado no segundo tubulão (T2), fornecendo energia ou vapor vegetal para os demais efeitos da parte B da planta de concentração de vinhaça. Depois de condensado, o álcool (12) é removido por meio de bombas (5), cujo refluxo (13) para a segunda coluna (C2) é controlado, e parte dele é retirada como produto final (12) álcool 93,2 INPM.

Os vapores (3) dos últimos efeitos das partes A e B do SISTEMA PARA

CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL são condensados em um condensador evaporativo (7), que recebe os vapores dos últimos efeitos de evaporação em um feixe tubular, molhado externamente por um spray de condensado de vapor vegetal, o qual recircula por meio de uma bomba e é resfriado por exaustor (não demonstrado), de forma a promover a condensação dos vapores. O ar remanescente é direcionado para o sistema de remoção de ar (8).

Os tubulões evaporadores deste documento de patente são providos de topo cônico, pois utilizam o princípio de névoa turbulenta realizada por um “Venturi” (13) na porção externa superior do cone, o qual promove uma névoa (14) turbulenta que, pelo diferencial de pressão, propicia a formação de spray.

Desse modo, a névoa acelerada termicamente a altas velocidades ocasiona um fluxo com alta turbulência, que dificulta a formação de incrustações nas paredes dos tubulões e melhora a distribuição da vinhaça no interior dos tubos dos tubulões.

Para tanto, tal invenção pode ser construída em diferentes tamanhos, capacidades e proporções, atendendo às diferentes demandas do mercado.

Seu princípio técnico dé utilizar refervedores (T2) das colunas (C1) e (C2), com intuito de produzir etanol com menor formação de vinhaça e vinhaça concentrada, e o sistema de condensação (T1) do vapor alcoólico para multiplicação de energia e produção de vapor vegetal podem ser acoplados ao sistema de evaporação, conforme apresentado nas figuras 2 e 3.

Claims

1 - “SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL” é caracterizado por ser um sistema acoplado a destilaria de etanol, resultante da combinação de tubulões evaporadores interconectados que recebe o vapor produzido em caldeiras geradoras de vapor ou outro vapor (3) no casco do tubulão refervedor (T1) e a vinhaça no topo do mesmo tubulão (T1), lado tubo, produz a primeira evaporação da vinhaça e gera vapor vegetal para alimentar a destilação da primeira coluna (C1); a destilação da primeira coluna (C1) produz vapor alcóolico (9) que é condensado no casco do tubulão condensador (T2) e esse tubulão (T2) realiza o aproveitamento da energia de condensação para realizar o segundo efeito de evaporação da vinhaça (lado tubo) e gerar vapor vegetal para alimentar os efeitos subsequentes (T3, T4); cada tubulão é acompanhado de um separador (S) e de um dreno na base para remover a água condensada dos vapores, sendo que na base dos tubulões (T2) tanto da parte A quanto da parte B é drenado o etanol; o álcool condensado no casco do tubulão (T2) da parte A é drenado e bombeado para sofrer a segunda destilação na coluna (C2) produzindo o etanol que então é drenado na base do tubulão (T2) da parte B; todo vapor vegetal produzido da evaporação da vinhaça nos tubulões (T1, T2, T3, T4 da parte A) e (T1, T2, T3 da parte B do sistema) são separados da vinhaça concentrada para alimentar o efeito subsequente pelo separador (S); a evaporação tem inicio com a vinhaça proveniente da primeira coluna (C1) de destilação é transportada por tubulação e bombas (5) para o tubulão refervedor (T1) de primeiro efeito, sendo transportada para o tubulão condensador (T2) de segundo efeito, daí para o tubulão evaporador (T3) de terceiro efeito, daí para o tubulão evaporador (T4) de quarto efeito da parte A do sistema; ao final da parte A, a vinhaça concentrada é drenada e bombeada para o tubulão condensador (T2) da parte B do sistema sofrendo seu 5 efeito de evaporação, ainda na parte B segue um fluxo contínuo para o tubulão evaporador (T3) de sexto efeito de evaporação e para finalizar a concentração a vinhaça é retornada para o tubulão refervedor (T1) da parte B do sistema que ao finai do separador é obtido a vinhaça concentrada (2); a alimentação térmica dos tubulões refervedores (T1) tanto da parte A quanto da parte B é realizada com a injeção de vapor d’água (3) produzido em caldeira ou outro vapor; os vapores vegetais produzidos nos tubulões (T1) tanto da parte A quanto da parte B alimenta termicamente a destilação nas colunas (C1) e (C2) e os vapores alcóolicos (9) e (11) resultantes da destilação das colunas (C1) e (C2) respectivamente são condensados nos cascos dos tubulões evaporadores (T2) tanto da parte A quanto da parte B aproveitando a energia de condensação para alimentar termicamente a evaporação nesses tubulões (T2), que por sua vez gera vapor vegetal para alimentar termicamente a evaporação nos tubulões evaporadores (T3) subsequente tanto da parte A quanto da parte B; o vapor vegetal produzido no tubulão evaporador (T4) é separado da vinhaça concentrada pelo separador (S), posteriormente é encaminhado para um condensador evaporativo (7), assim acontece com o vapor vegetal produzido no tubulão evaporador (T3) da parte B do sistema.

2 - “SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL”, de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por em casos com menor concentração de vinhaça, o vapor alcóolico (09) produzido na coluna (C1) ser injetado diretamente na coluna (C2); nesse caso a vinhaça evaporada no tubulão (T1) da parte A é encaminhada para o tubulão (T2) da parte B, do (T2) para ο (T3) finalizando sua concentração; o fluxo de vapor inicia-se com a injeção de vapor (3) no casco do tubulão refervedor (T1) que produz vapor vegetal para alimentar a destilação da coluna (C1), o vapor alcóolico (09) produzido na coluna (C1) é injetado diretamente na coluna (C2); o vapor alcóolico (11) produzido na coluna (C2) é condensado no casco do tubulão condensador (T2) da parte B, evaporando a vinhaça e alimentando termicamente a evaporação do tubulão (T3) da parte B; o vapor vegetal produzido no tubulão (T3) é separado da vinhaça concentrada e condensado em um condensador evaporativo (7) gerando um diferencial de pressão e reduzindo a pressão no lado interior dos tubulões evaporadores (T2 e T3).

3 - “SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL”, de acordo com a reivindicação 1, é caracterizado por ser provido de tubulões refervedores (T1) posicionados acoplados às colunas (C1) e (C2) que produzem vapor vegetal para alimentar termicamente as colunas; inicia-se com a injeção de vapor d’água (3) no casco do tubulão (T1) tanto da parte A quanto da parte B do sistema e geram vapor vegetal resultantes do primeiro efeito de evaporação da vinhaça para alimentar a destilação nas colunas (C1) e (C2) respectivamente.

4 - “SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL”, de acordo com a reivindicação 1, é caracterizado pelos vapores alcóolicos (9) e (11) produzidos nas colunas (C1) e (C2) alimentarem termicamente a evaporação da vinhaça nos tubulões condensadores (T2) tanto da parte A quanto da parte B respectivamente as colunas (C1) e (C2); por sua vez os tubulões condensadores (T2) utilizam a energia de condensação para evaporar e vinhaça e gerar vapor vegetal para alimentar os tubulões (T3); O tubulão (T3) da parte A gera vapor para alimentar o tubulão (T4) e o vapor produzido no tubulão (T3) da parte B é condensado em um condensador evaporativo (7); O vapor produzido no tubulão evaporador (T4) da parte A é direcionado para o condensador evaporativo (7) por outra tubulação; o condensador evaporativo (7) condensa os vapores gerando um diferencial de pressão e faz com que o sistema de evaporação tanto da parte A (T2, T3 e T4) quanto da parte (B) opere sobre baixa pressão.

5 - “SISTEMA PARA CONCENTRAÇÃO DE VINHAÇA SEM CONSUMO EXTRA DE VAPOR ACOPLADO À DESTILARIA DE ETANOL”, de acordo com a reivindicação 1 é caracterizado por ter seu fluxo de concentração de vinhaça que se inicia com a entrada da vinhaça, produzida na coluna (C1), pré-aquecida, no lado tubo do tubulão refervedor (T1) da parte A sofrendo seu primeiro estágio de evaporação; a vinhaça concentrada é separada do vapor vegetal pelo separador (S) e é bombeada para o tubulão (T2) ainda da parte A, do tubulão (T2) é bombeada para o tubulão (T3), do tubulão (T3) para o tubulão (T4); ao final da parte A, a vinhaça é bombeada para o tubulão (T2) da parte B, do tubulão (T2) para o tubulão (T3) e para finalizar sua concentração é encaminhada para o tubulão (T1) da parte B.