BRPI0805706B1 - Processo para recuperação de água e energia do processamento de cana-de-açúcar em usinas de produção de açúcar e etanol - Google Patents

Abstract

processo para recuperação de água e energia do processamento de cana-de-açúcar em usinas de produção de açúcar e etanol. é proposto um processo para recuperação de água no processamento da cana-de-açúcar, em usinas de produção de açúcar e álcool ou apenas de álcool (etanol) , segundo o qual a energia térmica disponível no vapor de escape das turbinas de geração de energia elétrica, é transferida para as diferentes fases de processamento do caldo misto, com o reaproveitamento dos condensados de vapor de escape nas caldeira e do demais condensados ,após aproveitamento térmico, para embebição, na fase de extração de caldo, para resfriamento no processo, após passar por torres de resfriamento , para as demais utilizações industriais e para e para possível tratamento ou utilização na irrigação fora do sistema produtivo na usina.

Description

Campo da invenção

[001] A invenção em questão está relacionada a um processo para a recuperação de água e de subprodutos tais como fertilizantes orgâno-minerais e outros resultantes do processamento de cana-de-açúcar em usinas de produção de açúcar e etanol, de etanol e de açúcar.

Antecedentes da invenção

[002] A água doce é o bem mais precioso e cada vez mais escasso. Não se pode imaginar vida sem a presença de água. Na sociedade industrial, a necessidade de produção intensiva de alimentos tem acelerado cada vez mais o consumo dessa fonte. Associados ao consumo de água, grandes volumes de efluentes são gerados. Seu uso racional torna-se questão de fundamental importância à sobrevivência da humanidade. A indústria por sua vez, é uma grande consumidora de água. A título de ilustração, segundo a ABIQUIM (Relatório Atuação de Responsável 2006), a o consumo de água na indústria de cerveja consome entre 15 a 25 L/ L de cerveja, para a fabricação de gasolina de 7 a 10 L/ L, polietileno cerca de 231 L/ kg, polpa de papel: 300 a 800 L/ kg e papel fino: 900 a 1.000 L/ kg. Na indústria sucroalcooleira o consumo de água vem sendo reduzido, como ilustram os dados da tabela 1. No entanto há um grande potencial a ser aproveitado.

(1)Dados da PERH (Plano Estadual de Recursos Hídricos) 1994/95. (2)Levantamento CTC, 34 usinas do estado de São Paulo. (3)Levantamento UNICA/ CTC em 2005.

[003] Como será demonstrado ao longo desse texto, na indústria sucroalcooleira há um potencial enorme dela passar da condição de empresa importadora de água para a condição de exportadora de água e essa é a principal motivação da invenção aqui proposta.

[004] Para se ter uma ideia dos volumes de produção envolvidos no setor sucroalcooleiro do Brasil, na safra 06/07, segundo a DATAGRO, foram processadas, nas 325 unidades em funcionamento, 426.613.891 toneladas de cana-de-açúcar cultivadas numa área de 5.340.000 hectares (8,8% da área agricultável no Brasil), tendo sido produzidos 17.850.646 m3 de bioetanol e 30.606.677 toneladas de açúcar. Para produção desses volumes de açúcar e álcool foi necessária a captação de cerca de 767.905.004 m3 de água e foram gerados cerca de 214.207.752 m3 de vinhaça e 17.064.556 toneladas de torta de filtro.

[005] Para melhor entender como se divide o consumo de água e geração de efluentes ao longo do processamento da cana-de- açúcar é apresentada a seguir uma breve descrição do processo de fabricação de açúcar e de etanol.

[006] O processo convencional de produção de açúcar, álcool e subprodutos (torta de filtro, cinzas de caldeira, vinhaça e gás carbônico e gases de combustão) compreende as etapas a seguir.

[007] A cana, colhida manualmente ou mecanicamente na lavoura, é encaminhada à indústria, onde é limpa (via seca ou úmida), passa por um processo de preparo onde é picada e desfibrada, sendo alimentada à extração em moendas de múltiplos estágios em contracorrente (normalmente 4 a 6), onde recebe a adição de água no último estágio(embebição), ou em difusores, (pouco comum no Brasil). Deste processo inicial resulta o bagaço que é enviado para queima em caldeiras (de média ou alta pressão) para geração de vapor e energia elétrica. O material resultante da queima do bagaço é definido pela cinza e pelo gás de combustão. O caldo misto extraído é enviado ao tratamento físico-químico para a fabricação de açúcar e/ou álcool, dependendo se a usina é anexa (fabrica açúcar e álcool), destilaria autônoma (somente álcool) ou produtora de açúcar e melaço (mel final).

[008] Nas usinas anexas, em média, o equivalente a cerca de 50 % da cana processada é encaminhada à fabricação de açúcar e 50% à de álcool.

[009] O caldo destinado à fabricação de álcool passa por um tratamento físico-químico específico e é enviado para as dornas de fermentação, juntamente com o mel final esgotado (licor mãe) proveniente da fabricação de açúcar. Essa mistura, denominada de mosto, passa por processo de fermentação alcoólica em tanques agitados (fermentadores ou dornas) utilizando leveduras (Sacharomyces cerevisiae) gerando um mosto fermentado típico contendo de cerca de 6 a 11% de etanol. Como subproduto do processo de fermentação é gerado, ainda, o gás carbônico numa quantidade, em massa, em relação ao etanol de 1:1 e o óleo fusel (menos de 1% em massa) que é separado na etapa posterior de destilação. O mosto fermentado resultante é então submetido à centrifugação onde o fermento é separado e reciclado, e o vinho contendo o etanol é encaminhado para a destilação. O vinho é, normalmente, colocado em contato direto com o vapor em colunas de destilação gerando duas correntes, etanol no topo e a vinhaça no fundo. Em função da utilização de vapor em contato direto com o vinho há incorporação de condensado na vinhaça, sendo que o volume gerado pode ser algo entre 10 e 14 vezes o volume de álcool, dependendo do grau alcoólico do vinho. Nesse caso quanto maior o grau alcoólico menor é o volume de vinhaça formado e menor a quantidade de vapor consumido por litro de etanol produzido. Há também o processo de destilação por contato indireto onde o volume de vinhaça gerado é menor, pois não há mistura do vapor de aquecimento com a vinhaça. Nesse caso, o volume de vinhaça gerado é da ordem de 6 a 8 vezes o volume de álcool e também há geração de um condensado do vapor utilizado no aquecimento. Normalmente utiliza-se para o aquecimento e destilação do vinho fermentado o vapor de escape ou o vapor vegetal produzido na pré-evaporação do caldo.

[010] O caldo misto, destinado à fabricação de açúcar, passa pela operação de separação do bagacilho em peneiras tipo cush-cush (e/ou peneiras rotativas), é aquecido até cerca de 40°C e, dependendo do tipo de açúcar produzido, é encaminhado a sulfitação (normalmente em colunas ou hidroejetores) onde, mediante a adição de dióxido de enxofre resultante da queima do enxofre nos fornos, tem seu pH abaixado para cerca de 4,0 a 4,5. A sulfitação normalmente é utilizada quando o açúcar produzido é o açúcar cristal branco. Para a produção do açúcar bruto (“Raw sugar”: tipos VHP, VVHP, Demerara) o caldo não é submetido ao processo de sulfitação.

[011] Após a sulfitação, o caldo recebe a adição do leite de cal (ou sacarato de cálcio) onde o pH é elevado até cerca de 7,0 a 7,2O caldo caleado (ou dosado) é então aquecido até cerca de 105°C. Normalmente, para aquecimento do caldo misto são utilizados vapores vegetais de sangria da evaporação de caldo, do primeiro (V1), segundo (V2) e terceiro estágio (V3) de evaporação. Sendo a temperatura do vapor V1>V2>V3. A temperatura desses vapores varia de acordo com o número de estágios de evaporação de caldo. Em seguida, passa por um processo de vaporização (“balão de flash”) para remoção de gases dissolvidos, recebendo a adição de um agente floculante (normalmente um polieletrólito de poliacrilamida) e é então submetido à decantação em decantadores estáticos (com ou sem bandejas). Esta operação também é comumente chamada de clarificação.

[012] Do processo de clarificação resultam duas correntes: uma de lodo, contendo impurezas removidas do caldo e residual de açúcar e uma outra que é o caldo clarificado contendo a maior parte do açúcar a ser processado. O lodo após receber a adição de bagacilho separados na esteira de bagaço efluente da extração (um tipo de “meio filtrante natural”) recebe a adição do leite de cal e eventualmente polieletrólito, é então filtrado em filtros rotativos a vácuo ou tipo “belt press”, gerando-se desta forma, a torta de filtro, que é encaminhada à lavoura, e o caldo filtrado que contém a maioria dos açucares recuperados da do lodo e é reenviado ao processo, na seção de tratamento do caldo.

[013] O caldo clarificado obtido é encaminhado para a evaporação em evaporadores de múltiplos efeitos a vácuo (normalmente evaporadores tipo Robert de 4 ou 5 estágios), gerando-se, após o último estágio de evaporação, um caldo concentrado, denominado xarope, com uma concentração de cerca de 65° Brix. O sistema opera recebendo vapor de escape no primeiro estágio, que, em contato indireto com o caldo, gera um vapor vegetal, que é enviado ao segundo estágio onde aquece uma superfície de evaporação, evaporando o caldo proveniente do primeiro estágio e gerando vapor vegetal. Essa operação se repete até o ultimo estágio de evaporação onde a linha de vapor vegetal está conectada a um condensador barométrico de contato direto com água fria (proveniente de um sistema de resfriamento: torres, sprays e etc.).O caldo concentrado efluente desse ultimo estágio é denominado xarope. Uma prática comum para economia de energia térmica é efetuar a sangria de parte dos vapores produzidos no primeiro (V1), no segundo (V2) e no terceiro (V3) estágio de evaporação. Esse vapores são utilizados nas operações posteriores de evapo-cristalização (cozimento), aquecimento do caldo misto e destilação na fabricação de álcool.

[014] O xarope obtido na evaporação é encaminhado à etapa posterior de concentração e cristalização, que é efetuada nos evapo-cristalizadores tipo calandra a vácuo em sistemas de duas ou três “massas”.

[015] Normalmente, o processo de cristalização convencional, no sistema batelada leva de 3 a 5 horas, e a massa de cristais assim obtida é encaminhada a cristalizadores horizontais dotados de camisa de resfriamento até a temperatura ambiente. Nessa etapa, o caldo é concentrado até o ponto de cristalização da sacarose e o vapor utilizado, em contato indireto com xarope é o vapor V1 e/ou V2. O vapor efluente da concentração do xarope é, normalmente, efetuado em condensadores barométrico ande água fria entra em contato direto com o dito vapor vegetal. Na operação de evapo-cristalização pode também ser utilizado equipamento contínuo, comumente empregado para as massas B e massa C.

[016] A massa cristalizada assim produzida é então submetida a um ciclo de centrifugação, em centrífugas de cesto, onde os cristais são lavados mediante aplicação de água e vapor e então encaminhados à secagem e ensaque.

[017] O mel obtido na centrifugação é reutilizado nos cozimentos para obtenção dos açúcares de segunda (açúcar B ou magma) e, eventualmente, terceira (açúcar C ou magma), que são também recirculados no processo de fabricação do açúcar de primeira. O mel final (melaço) originário na massa B no sistema de duas massas, ou originário na massa C (sistema de três massas) é encaminhado para fabricação de álcool, juntamente com parte do caldo separado para produção de álcool. Para a centrifugação das massas intermediárias (B e C) são utilizados centrífugas contínuas.

[018] Cabe salientar ainda que, nas Usinas que produzem somente etanol, as etapas de extração, geração de vapor e energia, tratamento do caldo decantação, destilação, desidratação do álcool são idênticas às descritas anteriormente para o caso da Usina anexa. A diferença básica é que a evaporação do caldo se dá em um único estágio de evaporação e o vapor gerado (V1) é utilizado, normalmente, para a destilação do vinho fermentado. O caldo pré-evaporado até cerca de 22 a 25% de sólidos é utilizado integralmente para preparo do mosto a ser fermentado.

[019] No caso das usinas que produzem somente açúcar, segue-se o mesmo esquema de fabricação de açúcar da usina anexa. O mel ou melaço produzido normalmente é vendido para usinas que produzem etanol e também para outros fins industriais.

[020] Para a realização das operações unitárias anteriormente descritas da cana-de-açúcar até o açúcar e o etanol, deve-se basicamente eliminar quase toda água proveniente da matéria-prima (cana) e que representa cerca de 70% do total. Essa água é removida ao longo das etapas de evaporação do caldo, concentração e cristalização do açúcar do xarope, secagem de açúcar, destilação e desidratação do etanol.

[021] Finalmente, deve-se destacar ainda, que uma prática que vem ganhando espaço no setor sucroalcooleiro é a colheita da cana integral (colmos e palha), isso é, com parte da palha (palhiço) constituinte da mesma. Parte dessa palha permanece no campo e a palha carregada com a cana (colmos) é separada na indústria e enviada às caldeiras para geração de vapor e, posteriormente, de energia para consumo do próprio complexo sucroalcooleiro e também para exportação para a rede elétrica pública. Essa pratica vem sendo adotada cada vez mais a medida em que a queima da cana vem sendo gradualmente eliminada, com a mecanização do processo de colheita e a partir da disponibilidade de recursos (investimentos) do setor público para construção de unidades de cogeração de energia. Com isso há uma possibilidade real de aumento da rentabilidade do complexo agroindustrial, redução da emissão de particulados e substituição de fontes de energia não renovável.

[022] A água também é utilizada no processo como fluido de limpeza, condensação, diluição, solvente, aquecimento, resfriamento, para geração de vapor, para extrair sacarose da cana, controle de emissão de material particulado, para consumo entre outros.

[023] Usualmente o circuito de lavagem de cana, formação de vácuo e resfriamento da fermentação são circuitos fechados. Porém, o circuito global hídrico não é fechado, pois dificilmente há tratamento das águas residuais e da vinhaça, ou seja, há perdas que tornam necessária a captação de água. As águas residuais e a vinhaça são lançadas na lavoura num sistema de fertirrigação.

[024] Os principais usos da água e o valor médio são apresentados na Tabela 2 ELIA NETO (ELIA NETO, A.: “Workshop sobre cobrança pelo uso de água” - Convênio AIAA Comitê da Bacia Hidrográfica dos Rios Piracicabas, Capivari e Jundiaí (CBD-PCJ), Piracicaba, 1996) para o caso de usina com mix de produção de 50% de açúcar e 50% de etanol.

[025] O uso médio estimado de água, conforme a Tabela 2, é de 21,00 m3/ t cana.

[026] Esse valor corresponde a níveis de captação, consumo e lançamento muito menores, pela reutilização de água.

[027] Pode-se resumir esse consumo em três grandes categorias: processo, 29,8%; resfriamento, 40,2% e vácuo, 30%.

[028] Observa-se que somente com a eliminação da lavagem de cana seria possível reduzir cerca de 50% da captação de água. Essa operação requer um volume de água elevado e um consumo igualmente elevado, pois necessita de constantes purgas de efluente com elevada carga de DBO o que leva a uma maior quantidade de água de reposição ou (“make up”). Esses números dão um indicativo do quanto pode ser feito no setor sucroalcooleiro no sentido da redução de consumo de água. Embora o setor venha implementando medidas para redução da captação de água e despejo de rejeitos, como aponta ELIA NETO em seu estudo realizado no Estado de São Paulo (ELIA NETO, A. : “Workshop sobre cobrança pelo uso de água” - Convênio AIAA Comitê da Bacia Hidrográfica dos Rios Piracicabas, Capivari e Jundiaí (CBD-PCJ), Piracicaba, 1996), observa-se que o consumo no setor é bem maior que aquele observado em outros setores. Em 2006 a indústria química captou em média 7,25 m3 de água/ t de produto fabricado (Abiquim 2006), enquanto que para produção somente de etanol, considerando-se a produtividade de 84 L etanol/ t de cana a captação de 1,83 m3/ t cana (ÚNICA, 2005), seriam consumidos 28 m3 água/ t etanol produzido, o que indica um consumo aproximadamente 4 vezes maior que a média da indústria química.

[029] A tabela 2 abaixo, apresenta os valores médios dos usos de água em usinas de açúcar e etanol(CTC-1995).

[030] Além das questões ambientais envolvidas, o elevado consumo de água e geração de efluentes poderá, num futuro próximo, comprometer a rentabilidade do negócio, uma vez que há indicações de que, no Brasil, haverá cobrança pela captação e uso da água. Em 2007, no Estado de São Paulo iniciou-se a cobrança dos usuários de recursos hídricos pelos volumes de captação, consumo e lançamento de efluentes com carga orgânica. Essa cobrança se dá por força da Lei Estadual 12.183/05, regulamentada pelo Decreto Estadual n° 50.667/06. A cobrança é feita de forma descentraliza para cada um dos 21 Comitês de Bacias Hidrográficas do Estado de São Paulo, já que possuem um melhor conhecimento das condições dos recursos hídricos (disponibilidade, qualidade, captação etc.) de cada região do Estado. Atualmente, a cobrança é limitada a R$ 0,01 por metro cúbico captado; R$ 0,02 por metro cúbico consumido; e ao triplo da soma dos dois primeiros para cada metro cúbico de efluente lançado de volta nos corpos d’água. Não há dúvida que, com a cobrança que atribui um valor econômico à água, haverá uma natural indução para a redução de captação e consumo e melhor uso desta.

[031] Diversos estudos demonstram que a água contida na cana-de-açúcar é mais que suficiente para o processamento industrial da mesma, sendo que, por reciclagem e reuso, o consumo de água externa pode ser minimizado (HSIEH, W.D., H. K. SHEEN and C.H. CHEN (1995). An approach to zero effluent in cane sugar factories. (Proceeding of the Congress of the International Society of Sugar Cane Technologists - September 1995, Cartagena). LIMA e outros destacam em seu livro (LIMA, U. DE A.; AQUARONE, E.; BORZANI, W. E SCHMIDELL, W. et al(2001) que uma tonelada de cana-de-açúcar moída produz em média 850 litros de caldo, do qual entre 78-86% é água, de 10 a 20% é sacarose, de 0,1 a 2% é de açúcares redutores, 0,3 a 0,5 % é de cinzas e entre 0,5 e 1,0% são compostos nitrogenados (LIMA, U. DE A.; AQUARONE, E.; BORZANI, W. E SCHMIDELL, W. et al(2001). Biotecnología Industrial, Processos Fermentativos e Enzimáticos.Volume 3. Brasil. Editora Edgard Blucher Ltda. RIBEIRO (RIBEIRO, W. M. S. (1995) . 3° Seminário da empresa Dearborn para o setor sucroalcooleiro,1995, Ribeirão Preto - SP, 1995) destaca que o reciclo e o reuso da água no processo produtivo podem ser economicamente viáveis a partir do momento em que a implantação desses processos direcione a empresa no sentido de: redução de custo com tratamento de efluentes e disposição de lodos; redução de custo com água captada (em caso de cobrança); diminuição no nível e frequências de monitoração de efluentes; gestão ambiental adequada dos recursos hídricos e efluentes, evitando autuações por organismos de fiscalização. Conforme esse mesmo autor, a implantação dos processos de reuso e reciclo da água, basicamente seguem etapas como: auditoria global da unidade produtiva, levantando dados e sistematizando o balanço hídrico; identificação das correntes de maior e menor impacto, principalmente no que tange a vazões e potenciais poluidores; seleção de processos alternativos de tratamento para os casos em que o reuso não for aplicável e que seja necessário o condicionamento prévio para reutilização no processo; identificação de reaplicação da água, caracterizando reuso ou reciclo; realização de testes em planta e simulação para avaliar a viabilidade técnica da implantação da alternativa; avaliação de testes, simulação e implantação.

[032] KESSERLINGH, S.M (MINIMIZAÇÃO E REUSO DE ÁGUAS EM INDÚSTRIAS SUCROALCOOLEIRAS: ESTUDO DE CASO, Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2002) descreve detalhadamente a questão do consumo elevado de água nas indústrias sucroalcooleiras e a consequente geração de efluentes líquidos que impactam o meio ambiente. Nesse trabalho, é apresentada uma extensa revisão bibliográfica do estado da arte do uso da água no setor sucroalcooleiro bem como de projetos para programa de efluente zero.

Sumário da invenção

[033] Em função das limitações da técnica anterior, a invenção tem, por objetivo, prover um processo para a recuperação de água e energia de cana-de-açúcar em usinas de produção de álcool(etanol) ou de açúcar, sendo que o processo objeto dessa invenção compreende, numa das formas de realização da invenção, caso de usinas produtora de açúcar e álcool (etanol), as etapas de (a)submeter a cana-de-açúcar a uma operação de extração de caldo com embebição por condensados recuperados de vapor vegetal;(b) tratar e purificar o caldo extraído, utilizando condensado de vapor vegetal, vapor vegetal de evaporação e insumos e produzindo um fluxo de caldo clarificado, um fluxo de lodo e um fluxo de condensado de vapor vegetal;(c) tratar o fluxo de lodo, produzindo uma torta de filtro e um fluxo de caldo recuperado que é retornado à etapa de tratar e purificar o caldo; (d) submeter parte do fluxo de caldo clarificado a uma unidade de evaporação de múltiplos efeitos a vácuo, sob aquecimento por vapor de escape da unidade de geração de energia, produzindo: um condensado de vapor de escape, a ser retornado, pelo menos em parte, à unidade de geração de energia; pelo menos um fluxo de vapor vegetal de evaporação; um fluxo de vapor vegetal de último efeito; um fluxo de condensado de vapor vegetal; e um fluxo de xarope;(e) concentrar o xarope até o ponto de cristalização de parte da sacarose nele contida sob aquecimento com pelo menos parte do fluxo de vapor vegetal produzido na unidade de evaporação, produzindo um fluxo de vapor vegetal de cristalização, um fluxo de condensado de vapor vegetal e um fluxo de produto cristalizado(massa cristalizada);(f) centrifugar o produto cristalizado, produzindo um fluxo de mel (melaço) e um fluxo de açúcar a ser secado e ensacado;(g)misturar o restante do fluxo de caldo clarificado com o fluxo de melaço em proporções adequadas à fermentação e resfriar o mosto resultante por troca térmica indireta, com pelo menos um dos meios definidos por um fluxo de caldo misto extraído e um fluxo de água de condensado de vapor vegetal, na temperatura de bulbo úmido correspondente à temperatura ambiente, circulando por uma unidade de torre de resfriamento;(h) manter a temperatura da fermentação entre 25 e 36°C, preferivelmente 30-32°C, por troca térmica indireta com um fluxo de água de condensado de vapor vegetal circulando por uma unidade de torre de resfriamento;(i) fermentar o mosto resfriado, produzindo um fluxo de vinho, e destilar o vinho para produzir etanol e vinhaça.

[034] De acordo com a invenção: - o caldo extraído (caldo misto) é pré-aquecido no resfriamento do mosto e aquecido por troca térmica indireta regenerativa com pelo menos um dos fluxos de vapor vegetal de último efeito da unidade de evaporação e de vapor vegetal de cristalização, transformando ditos fluxos de vapor em fluxos de condensado de vapor vegetal; - a etapa de destilar o vinho é realizada com o aquecimento indireto do vinho por pelo menos um dos meios definidos: por parte do fluxo de vapor vegetal de evaporação; por parte do fluxo de vapor de escape; e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça, produzindo um fluxo de vapor alcoólico e pelo menos um dos fluxos de condensado de vapor vegetal e de vapor de escape; - o fluxo de vapor alcoólico é condensado por troca térmica indireta com pelo menos um dos fluxos de vinho fermentado e de água de condensado de vapor vegetal da unidade da torre de resfriamento; - a vinhaça é submetida a uma unidade de evaporação de vinhaça, de múltiplos efeitos, sob aquecimento por vapor vegetal de evaporação, produzindo: pelo menos um fluxo de vapor vegetal de vinhaça; um fluxo de vapor vegetal de vinhaça de último efeito; um fluxo de condensado de vapor vegetal; e um fluxo de vinhaça concentrada; - o vinho, a ser destilado, é pré-aquecido por troca térmica indireta com pelo menos um dos meios definidos, pelo fluxo de vapor vegetal de vinhaça de último efeito, por um fluxo de vapor alcoólico de um estágio de destilação, produzindo um fluxo de condensado de vapor vegetal e um fluxo de condensado alcoólico; e - o excesso dos fluxos de condensado de vapor vegetal, não utilizado no processo é enviado, pelo menos em parte, à unidade da torre de resfriamento e, se ainda disponível, armazenado para posterior tratamento.

[035] Em uma outra forma de realização da invenção, caso de usina produtora de etanol, o processo compreende as etapas de:(a) submeter a cana-de-açúcar a uma operação de extração de caldo com embebição por condensado de vapor vegetal;(b) tratar e purificar o caldo extraído, utilizando condensado de vapor vegetal, vapor vegetal de pré-evaporação e insumos e produzindo um fluxo de caldo clarificado, um fluxo de lodo e um fluxo de condensado de vapor vegetal;(c) tratar o fluxo de lodo, produzindo uma torta de filtro e um fluxo de caldo recuperado que é retornado à etapa de tratar e purificar o caldo;(d) submeter o fluxo de caldo clarificado a uma unidade de pré-evaporação, sob aquecimento por vapor de escape da unidade de geração de energia, produzindo: um condensado de vapor de escape, a ser retornado, pelo menos em parte, à unidade de geração de energia; um fluxo de vapor vegetal de evaporação; e um fluxo de caldo pré-evaporado;(e) resfriar o caldo pré-evaporado por troca térmica indireta com pelo menos um dos meios definidos por um fluxo de parte do caldo da extração (caldo misto) e um fluxo de condensado de vapor vegetal circulando por uma unidade de torre de resfriamento;(f) fermentar o mosto resfriado constituído de caldo pré-evaporado, produzindo um fluxo de vinho, e destilar o vinho para produzir etanol e vinhaça.

[036] De acordo com a invenção: - de o caldo extraído (caldo misto) é aquecido por troca térmica indireta, antes de seu tratamento físico-químico, com pelo menos um dos meios definidos por um fluxo de caldo pré- evaporado e fluxos de condensado de vapor vegetal recuperados no processo; - o caldo extraído, submetido ao tratamento físico-químico, é aquecido para cerca de 105° a 110°C, por troca térmica indireta com o fluxo de vapor vegetal de pré-evaporação, transformando esse último em um fluxo de condensado de vapor vegetal; - a etapa de destilar o vinho é realizada com o aquecimento indireto do vinho por pelo menos um dos meios definidos: por parte do fluxo de vapor vegetal de pré-evaporação; por parte do fluxo de vapor de escape; e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça, produzindo um fluxo de vapor alcoólico e pelo menos um dos fluxos de condensado de vapor vegetal e de vapor de escape; - o fluxo de vapor alcoólico é resfriado por troca térmica indireta com pelo menos um dos fluxos de vinho fermentado e de água condensada de vapor vegetal da unidade da torre de resfriamento; - a vinhaça é submetida a uma unidade de evaporação de vinhaça, de múltiplos efeitos a vácuo, sob aquecimento por vapor vegetal de pré-evaporação, produzindo: um fluxo de vapor vegetal de vinhaça; um fluxo de vapor vegetal de vinhaça de último efeito; um fluxo de condensado de vapor vegetal; e um fluxo de vinhaça concentrada; - o vinho, a ser destilado, ser pré-aquecido por troca térmica indireta com pelo menos uma parte dos fluídos definidos por um fluxo de vapor alcoólico de um estágio de destilação e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça de último efeito, produzindo um fluxo de condensado de vapor alcoólico e um fluxo de condensado de vapor vegetal de vinhaça; e - o excesso dos fluxos de condensado de vapor vegetal, não utilizado no processo, é enviado, pelo menos em parte, à unidade da torre de resfriamento e, se ainda disponível, armazenado para posterior tratamento.

[037] Em uma outra forma de realização da invenção, caso de usina produtora de açúcar, o processo compreende as etapas de:(a) submeter a cana-de-açúcar a uma operação de extração de caldo com embebição por condensado de vapor vegetal;(b) tratar e purificar o caldo extraído, utilizando condensado de vapor vegetal, vapor vegetal de evaporação e insumos e produzindo um fluxo de caldo clarificado, um fluxo de lodo e um fluxo de condensado de vapor vegetal;(c) tratar o fluxo de lodo, produzindo uma torta de filtro e um fluxo de caldo recuperado que é retornado à etapa de tratar e purificar o caldo; (d)submeter parte do fluxo de caldo clarificado a uma unidade de evaporação de múltiplos efeitos a vácuo, sob aquecimento por vapor de escape da unidade de geração de energia, produzindo: um condensado de vapor de escape, a ser retornado à unidade de geração de energia; pelo menos um fluxo de vapor vegetal de evaporação; um fluxo de vapor vegetal de último efeito; um fluxo de condensado de vapor vegetal; e um fluxo de xarope;(e) concentrar o xarope até o ponto de cristalização de parte da sacarose nele contida sob aquecimento com pelo menos parte do fluxo de vapor vegetal produzido na unidade de evaporação, produzindo um fluxo de vapor vegetal de cristalização, um fluxo de condensado de vapor vegetal e um fluxo de produto cristalizado(massa cristalizada);(f)centrifugar o produto cristalizado, produzindo um fluxo de mel (melaço) e um fluxo de açúcar a ser secado e ensacado.

[038] De acordo com a invenção: - o caldo extraído (caldo misto) é aquecido, pelo menos em parte, por troca térmica indireta com pelo menos um dos fluxos de vapor vegetal de último efeito da unidade de evaporação e de vapor vegetal da etapa de concentrar o xarope para cristalização, transformando ditos fluxos de vapor em fluxos de condensado de vapor vegetal; e - o excesso dos fluxos de condensado de vapor vegetal, não utilizado no processo, é enviado, pelo menos em parte, à unidade da torre de resfriamento e, se ainda disponível, armazenado para posterior tratamento.

[039] Dessa forma, as empresas do setor passam da condição de importadoras de água para a situação de exportadoras, gerando sua própria energia a partir de fonte renovável e exportam-na para irrigação e/ou rede pública, transformam os resíduos sólidos gerados na fabricação de açúcar (torta de filtro) e etanol (torta de filtro e vinhaça) e nas caldeiras (cinzas e gás de chaminé para aquecimento) em um fertilizante orgâno-mineral sólido granulado. O resultado é um menor consumo de combustíveis fósseis, a preservação do meio ambiente, economia de recursos com captação de água e disposição de rejeito, redução da frota para transporte e dos equipamentos utilizados no transporte e de distribuição de vinhaça, cinza e torta; economia na compra de fertilizante pela recirculação dos rejeitos sólidos rico em nutrientes (principalmente potássio), um menor custo operacional e possivelmente, no futuro, exportação de água para rede pública. O resultado final é uma melhora da rentabilidade do complexo energético sucro-alcooleiro de forma sustentável.

Breve descrição dos desenhos

[040] A invenção será a seguir descrita, fazendo-se referência aos desenhos anexos, dados a título de exemplo de possíveis formas de realização da invenção e nos quais:

[041] A figura 1 representa um fluxograma simplificado do processo da invenção quando aplicado na produção de açúcar e álcool;

[042] As figuras 1A e 1B representam, em conjunto, o fluxograma da figura 1 em maiores detalhes, sendo a figura 1A voltada às etapas de produção do açúcar e sendo a figura 1B voltada às etapas de produção do álcool;

[043] A figura 2 representa um fluxograma simplificado do processo da invenção, quando aplicado na produção de álcool;

[044] As figuras 2A e 2B representam, em conjunto, o fluxograma da figura 2 em maiores detalhes;

[045] A figura 3 representa um fluxograma simplificado do processo da invenção, quando aplicado na produção de açúcar;

[046] As figuras 3A e 3B representam, em conjunto, o fluxograma da figura 3 em maiores detalhes;

[047] A figura 4 representa o fluxograma de processo para produção de etanol anidro e que é aplicável tanto ao processo definido no fluxograma das figuras 1, 1A e 1B como ao processo definido no fluxograma das figuras 2, 2A e 2B; e

[048] As figuras 5 e 6 representam gráficos ilustrando os excedentes de água obtidos nas diferentes fases de processamento de cana-de-açúcar em usinas de produção de açúcar e etanol e em usinas de etanol, respectivamente.

Descrição da invenção Produção de açúcar e etanol

[049] No processo de produção integrada de açúcar e etanol, energia, fertilizante orgâno-mineral e recuperação de água (ver figuras 1, 1A e 1B) a cana CA e a palha PA são trazidas da lavoura e introduzidas no processo de fabricação. A palha PA pode ser trazida separadamente da cana CA juntamente com a cana CA, preferivelmente junto com a cana CA, sendo separada da mesma na entrada do processo. A cana CA, por sua vez, é submetida à limpeza no sistema de limpeza a seco, LP1 e segue para a etapa de extração em EX1, onde é submetida ao preparo adequado para então ser submetida ao processo de extração do caldo. No processo de extração, a cana CA recebe a adição de condensados COND recuperados do processo de fabricação. Essa operação é denominada embebição. Nessa etapa, é gerado o bagaço BA e o caldo misto CAM. O bagaço BA, contendo cerca de 50% de umidade, é enviado, juntamente com a palha PA, para queima na unidade geradora de vapor de alta pressão UG1. O vapor de alta pressão, gerado nessa unidade, é encaminhado a uma unidade de turbo-geradores de energia TG1, onde há produção de energia elétrica EN-PRO para o processo de fabricação e energia elétrica EM-EXP para exportação de excedente para rede elétrica pública. Nessa etapa, também é gerado vapor de escape VE para utilização no processo de fabricação de açúcar, etanol e fertilizante orgâno-mineral (vapor de escape VE a cerca de 127-130°C e a cerca de 2,5 kgf/cm2 de pressão absoluta) e condensados COND-VE desse vapor que retornam para a unidade geradora UG1. O caldo misto CAM é dividido em duas correntes adequadamente separadas no processo de extração em EX1.Cerca de 50% do caldo misto CAM é enviado para a fabricação de açúcar (figura 1A) e o restante para fabricação de etanol (figura 1B). A fração destinada à fabricação de açúcar é aquecida em um dispositivo de aquecimento regenerativo indireto AR1 onde troca calor com parte de condensados de vapor vegetal recuperados do processo e, em seguida, com um vapor V3, obtido em um evaporador E3 de uma unidade de evaporação UE a ser comentada adiante. O caldo misto CAM, efluente desse sistema de aquecimento, deve ter uma temperatura entre 40-50°C e passará, em seguida, pelo processo de sulfitação até alcançar um pH de cerca de 4,0-4,8 (caso açúcar cristal branco seja produzido) e calagem até um pH de cerca de 6,8 - 7,5 em uma unidade de tratamento TR1. O caldo tratado CAT é então aquecido, por contato indireto, em uma unidade de aquecimento AQ1, com vapor V2 proveniente de um segundo evaporador E2 de caldo, a ser comentado adiante e, em seguida, aquecido com vapor V1, oriundo do primeiro evaporador E1. O caldo tratado CAT, assim aquecido, deve estar a uma temperatura entre 105 e 110°C, passa por um balão de flash, para eliminação de gases dissolvidos, recebe a adição de um agente floculante AF (polieletrólito-normalmente uma poliacrilamida) e segue para uma unidade de decantação DC1. Nessa etapa, as impurezas do caldo (não açucares) são, em grande parte, removidas, gerando uma corrente denominada lodo LO, que contêm os não açucares removidos (proteínas, aminoácidos, clorofila, antocianina, impurezas minerais, compostos coloridos, bagacilhos entre outros) e parte do açúcar arrastado (contido no caldo que envolve o lodo), e uma outra corrente que é o caldo purificado CAC, denominado caldo clarificado.

[050] O caldo clarificado CAC é então encaminhado a uma unidade de evaporação UE de caldo, geralmente formada por uma pluralidade de evaporadores E1, E2, EN, definindo múltiplos efeitos em cascata. O caldo clarificado CAC é alimentado no primeiro evaporador E1 de contato indireto, onde troca calor com o vapor de escape VE produzido na unidade de turbo-geradores TG1. Nessa etapa, parte da água contida no caldo é evaporada, gerando-se, assim, uma corrente de vapor vegetal, V1. Esse vapor é alimentado no segundo evaporador E2, onde troca calor com o caldo parcialmente concentrado e efluente do primeiro evaporador E1. Dessa forma, gera-se o vapor V2 que é encaminhado ao terceiro evaporador E3, onde, através de contato indireto com o caldo efluente do segundo evaporador E2, gera-se o vapor V3. O mesmo ocorre, sucessivamente, até que se atinja o último evaporador EN. No último evaporador EN, sob um vácuo de cerca de (25 in de Hg) 635 mmHg, é gerado um vapor final VN que, através de dispositivo de contato indireto, troca calor com o caldo misto CAM e é então condensado em um primeiro condensador CD1. O caldo misto aquecido CAMA (uma fração adequada do total, suficiente para condensação do vapor referendado) é enviado para a alimentação da etapa onde se dá o aquecimento regenerativo AR1. O condensado COND, gerado no primeiro evaporador E1, é coletado em um primeiro compartimento T1 e retorna para a unidade geradora de vapor UG1. O condensado COND, gerado no segundo evaporador E2, passa por um segundo compartimento T2, onde é parcialmente transformado em vapor, pela diferença de pressão entre os evaporadores, retornando para o terceiro evaporador E3. A parte líquida efluente do segundo compartimento T2 é encaminhada para um terceiro compartimento T3 onde novamente passa por um processo de evaporação parcial, sendo encaminhada para o quarto evaporador E4. A parte líquida segue para o compartimento seguinte, repetindo-se o processo até que se atinja o último evaporador EN. Os condensados provenientes do segundo ao último evaporador E2 a EN e do primeiro condensador CD1 são misturados e enviados para utilização no processo.

[051] Nessa etapa, o número adequado de efeitos evaporativos é de 4 a 6, preferivelmente 5. O condensado COND recuperado no primeiro efeito evaporativo não deve ser misturado ao demais condensados, mas enviado diretamente para alimentação de água da caldeira, após passar por um processo de abrandamento e preferencialmente osmose reversa para eliminação de íons. Para um bom aproveitamento térmico, o condensado COND gerado no segundo evaporador E2 deve circular para o terceiro evaporador E3 e desses para o evaporador subsequente, sucessivamente até o último evaporador EN, recuperando, com isso, parte do potencial térmico contido nos condensados COND (economia de cerca de 5 %).

[052] O caldo concentrado X (denominado xarope), efluente da unidade de evaporação UE, a uma concentração de cerca de 60-65° Brix, é encaminhado para uma unidade de cristalização de açúcar UC.

[053] A unidade de cristalização de açúcar UC pode ser de duas massas, A e B, ou três massas, ou seja, com três cristalizadores M-A, M-B e M-C. A figura 1A ilustra uma unidade de cristalização UC de três massas. O xarope X, obtido anteriormente, é alimentado no cristalizador M-A, que recebeu açúcar AB após uma concentração adequada do xarope (ponto de semeadura), sendo adequadamente evaporado e cristalizado até que cristais de açúcar atinjam um tamanho adequado. O material cristalizado, contendo cerca de 50-55% de cristais de açúcar e proveniente do cristalizador M-A, é alimentado num dispositivo de centrifugação DCA onde os cristais são separados do mel MA (licor mãe). Os cristais são lavados com adição de condensado e vapor V1, V2 para remoção do mel residual remanescente da centrifugação inicial, gerando o açúcar úmido AA. O mel MA é encaminhado para o cristalizador M-B juntamente com o açúcar AC (magma) que é adicionado após o mel MA atingir o ponto de semeadura. Identicamente, o mel MA é evaporado e adequadamente cristalizado no cristalizador M-B, gerando a massa rica em cristais, que é centrifugada e lavado com condensado no dispositivo de centrifugação DCB, gerando-se o açúcar AB que é alimentado, adequadamente, como pé-de-cristalização (semeadura)da massa no cristalizador M-A. A massa proveniente do cristalizador M-C é obtida através da evaporação do mel MB que é adequadamente cristalizado a partir da adição de um gérmen de cristalização no cristalizador M-C, gerando uma massa rica em cristais, que é centrifugada, lavada com condensado e vapor no dispositivo de centrifugação CB, gerando-se o açúcar AC (magma) que é alimentado como pé-de- cristalização no cristalizador M-B. O mel MC (melaço) separado é enviado para a composição do mosto juntamente com a outra fração de caldo separado para a fermentação e produção de etanol. O açúcar AA é encaminhado para a seção de secagem SA1 e, em seguida, para a seção de ensaque ES1.

[054] Nos cristalizadores (cozedores a vácuo) em que se alimenta xarope e os méis, o aquecimento e a evaporação são efetuados através da admissão de vapor V1 ou V2 ou V3, preferivelmente V2 ou V3, a condensação do vapor resultante da evaporação do xarope e méis passando a ser efetuada através de dispositivo de troca térmica indireta, na forma de um segundo condensador CD2, em que o fluido frio pode ser o caldo misto ou vinho (no caso de usinas anexas) em substituição ao sistema de condensação por contato direto, em condensadores barométricos que utilizam água numa proporção de cerca de 35-37 vezes a massa de vapor.

[055] A fração de caldo misto CAM separado para a produção de etanol passa por um aquecimento em pelo menos duas etapas em um respectivo dispositivo de aquecimento regenerativo AR2, onde é aquecido em dispositivo de contato indireto, trocando calor com o caldo clarificado gerado e, posteriormente, na unidade de aquecimento AQ2. O caldo misto CAM, efluente, é aquecido na primeira etapa até cerca de 40-50°C. Esse caldo recebe, então, a adição de cal até um pH de cerca de 6,0-6,8 e é submetido a uma nova etapa final de aquecimento indireto na unidade de aquecimento AQ2. Nessa etapa, troca calor com o vapor V2 e posteriormente V1, obtendo uma temperatura final do caldo de cerca de 105-110°C, passa por balão de flash para eliminação de gases dissolvidos, recebe a adição de um agente floculante AF (polieletrólito) e segue para uma respectiva unidade de decantação DC2. Os condensados resultantes da condensação de V1 e V2 são encaminhados para o processo para reutilização. Igualmente ao que ocorre para a fração de caldo para fabricação de açúcar, as impurezas do caldo (não açucares) são, em grande parte, removidas, gerando uma corrente denominada lodo LO, que contêm os não açucares removidos (proteínas, aminoácidos, clorofila, antocianina, impurezas minerais, compostos coloridos, bagacilhos entre outros) e parte do açúcar arrastado e uma outra que é o caldo purificado, denominado caldo clarificado CAC. O caldo clarificado CAC é então encaminhado para o preparo do mosto MO, misturando-se proporções adequadas de caldo com o melaço (mel) MC, até obter-se uma concentração ajustada ao processo de fermentação.

[056] O mosto MO, destinado à fermentação, deverá passar ainda por um processo de peneiramento para eliminação de bagacilhos residuais, preferencialmente, em telas com abertura menor ou igual 0,10 mm. Esse caldo, eventualmente, poderá passar por um processo de pré-evaporação para aumentar a concentração de açucares fermentescíveis no mosto.

[057] O mosto MO, obtido com o caldo clarificado CAC e o melaço MC, é então resfriado em RM1 até cerca de 28-32°C, utilizando dispositivo de contato indireto que utiliza, como fluido frio, água recuperada de condensados de vapor vegetal, resfriados em uma torre de resfriamento TR. O mosto MO passa por processo de fermentação alcoólica na seção de fermentação FE1 utilizando leveduras (cepas de Sacharomyces cerevisiae), gerando um mosto fermentado MOF contendo cerca de 6 a 16% de etanol, preferivelmente mais que 10%.

[058] A fermentação alcoólica deve ser ajustada para se obter um grau alcoólico final entre 6 e 16°GL, mais preferivelmente acima de 10°GL. Isso é conseguido tomando-se cuidados como, melhorando-se a assepsia e efetuando-se um pré-tratamento do mosto fermentado MOF, por exemplo, por processo de decantação ou flotação do mosto, para operar com mosto mais concentrado e constituído preferencialmente de maior quantidade de caldo pré-evaporado, com bom monitoramento do processo de fermentação, boa eficiência no processo de centrifugação do fermento, bom tratamento do fermento no pé-de-cuba, manutenção da temperatura de fermentação em torno de 30-32°C (equipamentos eficientes de remoção de calor da fermentação), utilizando-se fermento selecionado a partir de cepas adaptadas às condições, preferencialmente, na própria usina e que apresentaram bom desempenho e, finalmente, através de um bom monitoramento do processo como um todo.

[059] O resfriamento na seção de fermentação FE1 é efetuado por dispositivos de troca térmica indireta e cujo fluido frio é a água H2O de condensado de vapor vegetal proveniente de uma torre de resfriamento TR. O mosto fermentado MOF passa então por um processo de separação do fermento por centrifugação, gerando um (vinho) mosto fermentado MOF substancialmente isento de fermento e que é encaminhado para a destilação em que se obtêm, no topo, após a condensação, um binário etanol-água, com cerca de 40-55%(peso/peso)de etanol, denominado flegma. O fermentado, após tratamento adequado, retorna para o processo de fermentação. O (vinho) mosto fermentado MOF produzido na seção de fermentação FE1 é submetido à destilação para a obtenção de etanol 96°Gl, compreendendo duas etapas. A primeira etapa se dá na seção de destilação D1 onde o (vinho) mosto fermentado MOF é colocado em ebulição, à pressão atmosférica em dispositivo de troca térmica indireta, em um sistema refervedor RF1, obtendo-se, na parte inferior do sistema (fundo), a vinhaça VIN, que contem os constituintes sólidos do vinho, água e um teor alcoólico residual menor que 0,05% e, na parte superior (topo), vapores alcoólicos contendo uma graduação entre 40 e 55°GL (flegma FL). O fluido quente utilizado nessa etapa, no sistema refervedor RF1, é o vapor V1 podendo, entretanto, também ser um vapor de escape ou um vapor vegetal proveniente da concentração de vinhaça VIN. Os vapores alcoólicos, obtidos no topo dessa primeira etapa (flegma FL), são enviados à segunda etapa em uma seção de destilação D2. Nessa etapa, o flegma FL é alimentado em contracorrente, em fluxo ascendente, onde entra em contato com parte dos condensados de topo recirculados, em um segundo condensador CD2. Os vapores efluentes, nessa segunda etapa de destilação, são condensados em um dispositivo de troca térmica indireta, que utiliza dois ou mais seções de condensação, sendo, que na primeira etapa, compreendendo o segundo condensador CD2, é utilizado, como fluido frio, o (vinho) mosto fermentado MOF que alimenta a seção de destilação D1 e uma segunda etapa que utiliza água H2O de condensado de vapor vegetal, proveniente da torre de resfriamento TR, em um terceiro condensador CD3. O etanol (hidratado) EH assim obtido possui uma graduação alcoólica de cerca de 96°GL. A vinhaça VIN é encaminhada para evaporação em uma unidade de evaporação de vinhaça UEV, em múltiplos efeitos a vácuo, em sistema de cascata, VH1 A VHN. São geralmente providos de quatro a sete evaporadores de vinhaça, preferivelmente cinco, por exemplo na forma de evaporadores de película descendente. Nessa etapa, a vinhaça é alimentada no evaporador de vinhaça VHI, de contato indireto, onde troca calor com o vapor vegetal V1 produzido no primeiro evaporador E1. Nessa etapa, parte da água contida na vinhaça é evaporada, gerando-se assim uma corrente de vapor vegetal, VV1. Esse vapor é alimentado integralmente ou em parte em um outro evaporador de vinhaça VV2 onde troca calor com o caldo parcialmente concentrado, efluente do primeiro evaporador VH1. Dessa forma gera-se o vapor VV2 que é encaminhado a um terceiro evaporador de vinhaça VH3 onde, através de contato indireto com o caldo efluente de VH2 gera- se o vapor VV3. O mesmo ocorre sucessivamente até que se atinja o último evaporador de vinhaça VHN. No último evaporador de vinhaça VHN, sob um vácuo de cerca de (25 in de Hg) 635 mmHg, é gerado um vapor final VVN que, através de um quarto condensador CD4, troca calor com o (vinho) mosto fermentado MOF e é então condensado. O mosto fermentado aquecido MOFA é enviado para a alimentação do segundo condensador CD2. O condensado gerado no evaporador de vinhaça VH1, passa por um primeiro compartimento TV1, onde é parcialmente transformado, pela diferença de pressão entre os evaporadores, em vapor que retorna para o segundo evaporador de vinhaça VH2. A parte líquida efluente de um segundo compartimento TV2 é encaminhada para um terceiro compartimento TV3 onde novamente passa por um processo de vaporização parcial e é encaminhado para o terceiro evaporador de vinhaça VH3. A parte líquida segue para o compartimento seguinte, repetindo-se o processo até que se atinja o último evaporador de vinhaça VHN. Os condensados dos evaporadores de vinhaça de VH1 a VHN e do quarto condensador CD4 são misturados e enviados para utilização no processo.

[060] O vapor efluente do último efeito evaporativo, sob um vácuo de cerca de (25 in de Hg) 635 mmHg, é condensado em dispositivo de troca térmica indireta, geralmente definido pelo quarto condensador CD4 e o fluido condensante pode ser pelo menos um dos fluidos definidos dentre o vinho ou caldo misto ou água recuperada de condensados de vapor vegetal e resfriada na torre de resfriamento TR. Dá-se preferência que seja o vinho e/ou o caldo por permitir uma recuperação de energia térmica. Os condensados gerados nessa etapa, após o aproveitamento térmico, são encaminhados para tratamento e posterior reutilização no processo ou para exportação.

[061] A vinhaça concentrada VINC, efluente dessa unidade, definindo uma fonte de N, P, K e micronutrientes, apresenta uma concentração de cerca de 30-65% (peso/peso) de matéria seca é encaminhada para a unidade de fabricação de fertilizante orgâno-mineral (F.O.M.). Nessa etapa a torta de filtro TO proveniente da estação de filtração de lodo FT1 é misturada com cinzas da unidade geradora de vapor UG1, no sistema de mistura MS1. A mistura é encaminhada para uma seção de secagem ST1, para remoção, por atuação de gás quente GQ, de parte da água nela contida. A mistura de torta TO e cinza CIN, efluente da seção de secagem ST1, é impregnada com vinhaça concentrada VINC em um segundo dispositivo de mistura MS2 e, em seguida, encaminhada para um dispositivo de secagem e granulação SG1, removendo-se, por gás quente GQ, parte da água nela contida. O produto é um sólido granulado com cerca de 10% de umidade, denominado de fertilizante orgâno-mineral (F.O.M).

[062] Adotando-se os procedimentos e operações anteriormente descritas é possível produzir, a partir de uma tonelada de cana (tc), um excedente de água de cerca de 280 a 300 kg, uma produção de cerca de 50-70 kg de fertilizante orgâno-mineral (10% de umidade), a exportação de energia elétrica de cerca de 68,8 kWh, uma produção açúcar de cerca de 68 kg (0,05% de umidade) e de cerca de 36,5 kg de etanol.

Produção de etanol

[063] No processo de produção de etanol, energia, fertilizante orgâno-mineral e recuperação de água, a cana CA e a palha PA são trazidas da lavoura e introduzidas no processo de fabricação (ver figuras 2, 2A e 2B), sendo a cana CA submetida à limpeza em um sistema de limpeza a seco LP1 e a uma etapa de extração em EX1, onde recebe a adição (embebição) de condensados de vapor vegetal recuperados do processo de fabricação, gerando o bagaço BA e o caldo misto CAM, da mesma maneira já descrita para as usinas anexas. O bagaço BA, contendo cerca de 50% de umidade, é enviado, juntamente com a palha PA, para queima na unidade geradora de um vapor de alta pressão UG1, que é encaminhado a uma unidade de turbo-geradores de energia TG1, onde há produção de energia elétrica para o processo de fabricação EM-PRO também para exportação do excedente EM-EXP, para rede elétrica pública. Nessa etapa também é gerado um vapor de escape VE para utilização no processo (vapor de escape a cerca de 127-130°C e a cerca de 2,5 kgf/cm2 de pressão absoluta) e condensados de vapor de escape COND que retornam para a unidade geradora de vapor UG1.

[064] O caldo misto CAM é misturado a um caldo filtrado CAF, efluente de uma unidade de filtração FT1, e, em seguida, passa por um primeiro estágio de aquecimento em um primeiro dispositivo de aquecimento regenerativo indireto AR1, onde troca calor com os condensados de vapor vegetal COND recuperados no processo. Em seguida, o caldo misto CAM passa por um segundo estágio de aquecimento em um segundo dispositivo de aquecimento regenerativo indireto AR2, onde troca calor com o caldo pré-evaporado CAPE, efluente de uma unidade de evaporação E1, e é enviado para uma unidade de tratamento físico-químico TR1, onde recebe a adição de leite de cal até um pH de cerca de 6,0 - 6,8. O caldo tratado é então aquecido por contato indireto com vapor V1 proveniente da unidade de evaporação E1, sendo aquecido até uma temperatura entre 105 e 110°C, passa por um “flash” para eliminação de gases dissolvidos, recebe a adição de um agente floculante AF (polieletrólito) e segue para uma unidade de decantação, DC1. Nessa etapa as impurezas do caldo (não açucares) são em grande parte removidas, gerando-se uma corrente denominada lodo, que contêm os não açucares removidos (proteínas, aminoácidos, clorofila, antocianina, impurezas minerais, compostos coloridos, bagacilhos entre outros) e parte do açúcar arrastado contido no caldo que envolve o lodo LO. Esse lodo LO é enviado para a unidade de filtração FT1, onde é gerada uma corrente denominada de caldo filtrado CF que é encaminhada para mistura com o caldo misto CAM e a torta TO de filtro que é encaminhada para uma unidade produtora de fertilizante orgâno-mineral F.O.M. A outra parte efluente dessa unidade de decantação DC1 é o caldo purificado, denominado de caldo clarificado CAC. Esse caldo clarificado CAC é então encaminhado a um peneiramento para eliminação de bagacilhos residuais, preferivelmente em telas com abertura menor ou igual a 0,10mm e à unidade de evaporação E1, onde troca calor, por contato indireto, com o vapor de escape produzido na unidade de turbo-geradores TG1. Nessa etapa, parte da água contida no caldo é evaporada, gerando-se assim uma corrente de vapor vegetal, V1. Esse vapor é utilizado para aquecimento de caldo, nas unidades de destilação e para concentração de vinhaça VIN, conforme descrito a seguir. O condensado, gerado na unidade de evaporação E1, é coletado em um compartimento não ilustrado e retorna para a unidade geradora de vapor UG1. O caldo pré- evaporado até cerca de 20-30°Brix, preferivelmente 25°Brix e a uma temperatura de cerca de 110 a 117°C, efluente da unidade de evaporação E1, é parcialmente resfriado numa unidade de troca térmica regenerativa, AR2 com o caldo extraído (35-40°C) e, em seguida, resfriado em dispositivo de troca térmica indireta numa unidade de resfriamento RM1. O fluido frio utilizado nessa unidade é a água, a cerca de 28°C, recuperada da condensação de vapor vegetal proveniente da torre de resfriamento TR. O caldo pré-evaporado CAPE e resfriado, eventualmente recebe a adição de nutrientes adequados ao processo de fermentação e recebe, a partir de então, a denominação de mosto MO. O mosto MO é então enviado a uma unidade de fermentação alcoólica, FE1, utilizando leveduras (cepas de Sacharomyces cerevisiae) e gerando um mosto fermentado MOF contendo cerca de 6 a 16% (p/p) de etanol, preferivelmente mais que 10%(p/p).

[065] Isso é conseguido tomando-se cuidados como, melhorando-se a assepsia do mosto, efetuando-se um pré- tratamento do mosto, por exemplo, por processo de decantação ou flotação do mosto, operar com mosto mais concentrado e constituído preferencialmente de maior quantidade de caldo pré-evaporado, bom monitoramento do processo de fermentação, boa eficiência no processo de centrifugação do fermento, bom tratamento do fermento no pé-de-cuba, manutenção da temperatura da fermentação em torno de 30-32°C (equipamentos eficientes de remoção de calor da fermentação), fermento selecionados a partir de cepas selecionadas, preferencialmente, na própria usina e que apresentem bom desempenho, e um bom monitoramento. O resfriamento da unidade de fermentação FE1 é efetuado por dispositivos de troca térmica indireta, usando, como fluido frio, a água da torre de resfriamento TR. O mosto fermentado passa então por um processo de separação do fermento por centrifugação, gerando um (vinho) mosto fermentado MOF, substancialmente isento de fermento, que será encaminhado para a destilação. O fermento, após tratamento adequado, retorna para o processo de fermentação. O (vinho) mosto fermentado MOF produzido na unidade de fermentação FE1 é submetido à destilação para a obtenção de etanol 96°Gl compreendendo duas etapas. A primeira etapa se dá em uma primeira seção D1 de uma unidade de destilação onde o (vinho) mosto fermentado MOF é colocado em ebulição, a pressão substancialmente atmosférica, em dispositivo de troca térmica indireta, por um dispositivo refervedor RF1, obtendo-se, na parte inferior, (fundo) a vinhaça VIN, que contêm os constituintes sólidos do vinho, água e um teor alcoólico residual menor que 0,05% e, na parte superior (topo), vapores alcoólicos contendo uma graduação entre 40 e 55°GL (flegma FL). O fluido quente utilizado nessa etapa, no dispositivo refervedor RF1 é o vapor V1, podendo ser também o vapor de escape ou vapor vegetal oriundo da unidade de concentração de vinhaça. Os vapores alcoólicos obtidos no topo dessa primeira etapa (flegma FL) são enviados à segunda seção de destilação D2. Nessa etapa, a flegma FL é alimentada em contracorrente, em fluxo ascendente, onde entra em contato com parte dos condensados de topo recirculados a partir de um segundo condensador CD2. A condensação desses vapores efluentes, dessa segunda etapa de destilação, é efetuada em um dispositivo de troca térmica indireta, por exemplo o segundo condensador CD2, podendo incluir ainda um terceiro condensador CD3 que define um terceiro estágio, sendo que na primeira etapa é utilizado, como fluido frio, o mosto fermentado MOF que alimenta a primeira seção de destilação D1 e uma segunda que utiliza água condensada de vapor vegetal proveniente da torre de resfriamento TR, no terceiro condensador CD3. O etanol (hidratado), assim obtido, possui uma graduação alcoólica de cerca de 96°GL. A vinhaça VIN efluente, entre cerca de 95-115°C contendo entre cerca de 4 a 8% de sólidos totais, é encaminhada para uma unidade de evaporação de vinhaça UEV constituída de múltiplos evaporadores a vácuo VH1 a VHN em cascata. A unidade de evaporação de vinhaça UEV compreende de quatro a sete evaporadores, preferivelmente cinco, por exemplo, evaporadores de película descendente. Nessa etapa, a vinhaça VIN é alimentada no primeiro evaporador de contato indireto VH1, onde troca calor com o vapor vegetal V1 produzido na unidade de evaporação em E1. Nessa etapa, parte da água contida na vinhaça é evaporada, gerando-se assim uma corrente de vapor vegetal, VV1. Esse vapor é alimentado no segundo evaporador VH2, onde troca calor com o caldo parcialmente concentrado efluente do primeiro evaporador VH1. Dessa forma, gera-se o vapor VV2 que é encaminhado ao terceiro evaporador VH3, onde, através de contato indireto com o caldo efluente do segundo evaporador VH2, gera-se o vapor VV3.O mesmo ocorre, sucessivamente, até que se atinja o último evaporador VHN. No último evaporador VHN, sob um vácuo de cerca de (25 in de Hg) 635 mmHg, é gerado um vapor final VVN que, através de um dispositivo de contato indireto, por exemplo um quarto condensador CD4, troca calor com o mosto fermentado MOF (vinho) e é então condensado. O (vinho) mosto fermentado aquecido MOFA é, então, enviado para a alimentação de um segundo condensador CD2. O condensado gerado no primeiro evaporador VH1, passa por um primeiro compartimento TV1, onde é parcialmente transformado em vapor (flash), pela diferença de pressão entre os efeitos, retornando para o segundo evaporador VH2. A parte líquida efluente de um segundo compartimento TV2 é encaminhada para um terceiro compartimento TV3, onde novamente passa por um processo de vaporização parcial e é encaminhado para o terceiro evaporador VH3. A parte líquida segue para o compartimento seguinte, repetindo-se o processo até que se atinja o último evaporador VHN. Os condensados dos evaporadores VH1 a VHN e do quarto condensador CD4 são misturados e enviados para utilização no processo.

[066] No caso de produção de etanol anidro EA, 99,6°GL, (ver figura 4 e conforme descrito mais adiante) o etanol hidratado na forma vapor a 96°GL, é aquecido até cerca de 150°C em dispositivo de troca térmica indireta VP1 utilizando-se para aquecimento vapor a uma pressão absoluta de cerca de 7,0 kgf/cm2 e é alimentado nas colunas de zeólitos adsorventes CL1 (Peneira molecular) em que a água é retida e o etanol liberado na forma de vapor a 99,6 °GL. As colunas operam com uma pressão absoluta da ordem de 4,0 kgf/cm2 e a regeneração dos zeólitos através de sistema de vácuo.

[067] A vinhaça concentrada VINC efluente dessa unidade, a uma concentração de cerca de 45-60 %(p/p) de matéria seca e definindo uma fonte de N, P, K e micronutrientes, é encaminhada para uma unidade de fabricação de fertilizante orgâno-mineral (F.O.M.).Nessa etapa a torta de filtro proveniente da estação de filtração de lodo FT1 é misturada com as cinzas CIN da unidade geradora de vapor UG1, em um primeiro sistema de mistura MS1.A mistura é então encaminhada para a secagem em ST1, onde parte da água é removida. A mistura efluente de ST1 é impregnada com vinhaça concentrada VINC em um segundo sistema de mistura MS2, e em seguida, encaminhada para secagem e granulação em um dispositivo SG1, removendo-se parte da água nela contida. O produto é um sólido granulado com cerca de 10% (p/p) de umidade. Adotando- se os procedimentos e operações anteriormente descritas torna-se possível produzir a partir de uma tonelada de cana (tc) um excedente de água de cerca de 220 a 250 kg, uma produção de cerca de 70 a 72 kg de fertilizante orgâno- mineral (10% umidade), uma exportação de energia elétrica de cerca de 68,8 kWh e uma produção de etanol 67,6 kg de etanol hidratado (96°GL). Produção de açúcar

[068] No processo de produção integrada de açúcar, energia,fertilizante orgâno-mineral e recuperação de água (ver figuras 3, 3A e 3B) a cana CA e a palha PA são trazidas da lavoura e introduzidas no processo de fabricação, para serem submetidas às mesmas operações de limpeza a seco, extração do caldo, produção de vapor de alta pressão, geração de energia e geração de vapor de escape, da maneira já descrita anteriormente em relação aos processos de produção de açúcar e álcool nas usinas anexas e de produção de etanol apenas nas usinas autônomas.

[069] O caldo misto CAM é, então, aquecido em um sistema de aquecimento regenerativo indireto em AR1 onde troca calor com parte dos condensados COND de vapor vegetal recuperados do processo e, em seguida, com um vapor V3, obtido de um evaporador E3 de uma unidade de evaporação UE a ser comentado adiante. O caldo misto CAM efluente desse sistema deve ter uma temperatura entre 40-50°C e passará, em seguida, pelo processo de sulfitação até um pH de cerca de 4,0-4,8 (caso o açúcar cristal branco seja produzido) e calagem até um pH de cerca de 6,8 - 7,5 em uma unidade de tratamento TR1. O caldo tratado é então aquecido, e uma unidade de aquecimento AQ1, por contato indireto com vapor V2 proveniente de um segundo evaporador E2, a ser comentado adiante e, em seguida, aquecido com vapor V1, oriundo de um primeiro evaporador E1. O caldo assim aquecido deve estar a uma temperatura entre 105 e 110°C, passa por um balão de flash para eliminação de gases dissolvidos, recebe a adição de um agente floculante AF (polieletrólito-normalmente uma poliacrilamida) e segue para uma unidade de decantação, DC1. Nessa etapa, as impurezas do caldo (não açucares) são em grande parte removidas, gerando uma corrente denominada lodo LO, que contêm os não açucares removidos (proteínas, aminoácidos, clorofila, antocianina, impurezas minerais, compostos coloridos, bagacilhos entre outros) e parte do açúcar arrastado (contido no caldo que envolve o lodo), e uma outra corrente que é o caldo purificado, denominado caldo clarificado CAC.

[070] O caldo clarificado CAC é então encaminhado à unidade de evaporação UE, geralmente formada por uma pluralidade de evaporadores E1, E2, EN, geralmente de quatro a seis e preferivelmente cinco. O caldo clarificado CAC é alimentado em um primeiro evaporador de contato indireto E1, onde troca calor com o vapor de escape VE proveniente da unidade de turbo-geradores TG1. Nessa etapa, parte da água contida no caldo é evaporada, gerando-se assim uma corrente de vapor vegetal, V1. Esse vapor é alimentado no seguinte segundo evaporador E2, onde troca calor com o caldo parcialmente concentrado e efluente do primeiro evaporador E1. Dessa forma gera-se o vapor V2 que é encaminhado ao seguinte terceiro evaporador E3, onde através de contato indireto com o caldo efluente do segundo evaporador E2 gera-se o vapor V3. O mesmo ocorre sucessivamente até que se atinja o último evaporador EN. No último evaporador EN, sob um vácuo de cerca de (25 in de Hg) 635 mmHg, é gerado um vapor vegetal final VN que, através de um dispositivo de contato indireto, geralmente em um primeiro condensador CD1, troca calor com pelo menos um dos fluidos frios definidos dentre caldo misto CAM, ou condensado COND de vapor vegetal resfriado na torre de resfriamento TR. O caldo misto aquecido (uma fração adequada do total, suficiente para condensação do vapor referendado) é enviado para a alimentação da etapa onde se dá o aquecimento regenerativo em AR1. O condensado gerado no primeiro evaporador E1, é coletado em um primeiro compartimento T1 e retorna para a unidade geradora de vapor UG1. O condensado gerado no segundo evaporador E2, passa por um segundo compartimento T2, conectado ao segundo evaporador E2 onde é parcialmente transformado em vapor, pela diferença de pressão (“flash”) entre os evaporadores, retornando para o terceiro evaporador E3. A parte líquida efluente do segundo compartimento T2 é encaminhada para um terceiro compartimento T3 onde novamente passa por um processo de evaporação parcial e é encaminhada para o quarto evaporador E4. A parte líquida segue para o compartimento seguinte, repetindo-se o processo até que se atinja o último evaporador EN. Os condensados COND provenientes do segundo ao último evaporador E2 a EN e do primeiro condensador CD1 são misturados e enviados para utilização no processo.

[071] O caldo concentrado X efluente da unidade de evaporação UE, denominado xarope, a uma concentração de cerca de 60-65° Brix é encaminhado para a unidade de cristalização de açúcar UC.

[072] A unidade de cristalização de açúcar pode ser de duas massas, A e B, ou três massa A, B e C. As figuras 3A e 3B ilustram uma unidade de cristalização UC de três massas, ou seja, com três cristalizadores M-A, M-B e M-C. O xarope obtido anteriormente é alimentado no cristalizador M-A, que recebeu açúcar B após uma concentração adequada do xarope (ponto de semeadura), sendo adequadamente evaporado e cristalizado até que cristais de açúcar atinjam um tamanho adequado. O material cristalizado, contendo cerca de 50-55% de cristais de açúcar e denominado massa A é alimentado num sistema de centrifugação CA onde os cristais são separados do mel MA (licor mãe). Os cristais são lavados com adição de condensado e vapor V1 para remoção do mel residual remanescente da centrifugação inicial, gerando o açúcar úmido A. O mel MA é encaminhado para o cozimento no cristalizador M-B juntamente com o açúcar C (magma) que é adicionado após o mel MA atingir o ponto de semeadura. Identicamente, o mel MA é evaporado e adequadamente cristalizado no cristalizador MB, gerando a massa B rica em cristais, que é centrifugada, lavada com condensado e vapor no dispositivo de centrifugação CB, gerando-se o açúcar B que é alimentado adequadamente, como pé-de-cristalização (semeadura) da massa A. A massa C é obtida através da evaporação do mel MB que é adequadamente cristalizado a partir da adição de um gérmen de cristalização no cristalizador M-C, gerando a massa C rica em cristais, que é centrifugada, lavada com condensado e vapor no dispositivo de centrifugação CB, gerando-se o açúcar C (magma C) que é alimentado com pé-de-cristalização da massa B. O açúcar A é encaminhado para na seção de secagem SA1 e, em seguida, para o ensaque na seção ES1. Todos os estágios de cozimento podem operar, preferivelmente, com vapor vegetal V1 ou V2 ou ainda com vapor de escape VE. O mel final MC é produzido e exportado para outras unidades industriais, para usos diversos e principalmente para produção de etanol em unidades anexas ou destilarias autônomas.

[073] Adotando-se os procedimentos e operações anteriormente descritas é possível produzir, a partir de uma tonelada de cana (tc), um excedente de água de cerca de 280 a 300 kg, uma produção de cerca de 35-37 kg de fertilizante orgâno-mineral (10% de umidade), exportação de energia elétrica de cerca de 68,8 kWh e uma produção açúcar de cerca de 85-87 kg (0,05% de umidade) e 50-52 kg d melaço.

[074] Conforme ilustrado no fluxograma de processo da figura 4, no caso de produção de etanol anidro EA, 99,6°GL, o etanol hidratado EH na forma vapor a 96°GL é superaquecido até cerca de 150°C (a cerca de 3,0 kgf/cm2 absoluto) em dispositivo de troca térmica indireta, VP1 em dois estágios. O primeiro utiliza vapor de escape (a cerca de 2,5kgf/cm2 absoluto) e o segundo vapor V a uma pressão absoluta de cerca de 6,0 a 10 kgf/cm2. O vapor alcoólico VA efluente do dispositivo VP1, a cerca de 150°C (4,0 kgf/cm2) é então alimentado nas colunas de zeólitos adsorventes CL1(Peneira molecular) e no sistema SV1 em que a água é retida. O etanol anidro EA é liberado na forma de vapor a 99,6°GL. O vapor de etanol anidro EA (99,6°GL) é condensado em um dispositivo de troca térmica indireta, primeiro condensador CD1, que utiliza como fluido frio água proveniente da torre de resfriamento TR. As colunas CL1 do sistema são restauradas após um determinado tempo de operação através da remoção da água adsorvida nos zeólitos. Essa operação é feita através da aplicação de vácuo (pressão a cerca de 0,35 kgf/cm2) efetuado pelo sistema SV1. Resulta dessa operação uma corrente de vapor contendo predominantemente água e etanol residual. Esses vapores são condensados no outro dispositivo de troca térmica indireta, ou seja, no segundo condensador CD2, que utiliza, como fluido frio, a água proveniente da torre de resfriamento TR, gerando-se um condensado denominado flegma FL que é enviado para o sistema de destilação do vinho (mosto MO), em sua primeira reação D1, conforme ilustrado nas figuras 1B e 2B.

[075] No processo descrito, objeto dessa patente, contempla-se o uso racional de água no processo de fabricação de açúcar e/ou etanol. São providas medidas para economia de energia e racionalização do uso de água, tendo em vista a eliminação de captação de água e geração de excedente hídrico; máximo reaproveitamento e recuperação da água no processo; maximização da geração de energia (elétrica e vapor) de fonte renovável, bagaço e palha; máximo aproveitamento de resíduos sólidos e líquidos para produção de um fertilizante orgâno-mineral sólido granular de modo, a reduzir o consumo de fonte não renovável (principalmente de petróleo); e, finalmente, com o objetivo de aumentar a rentabilidade do complexo sucroalcooleiro, com minimização de problemas ambientais ligados à contaminação de água e solo. Nesse processo até cerca de 50% da palha(palhiço) gerada na lavoura de cana-de-açúcar durante a colheita pode ser encaminhada à fábrica para queima em caldeira, para geração de energia elétrica e vapor. Essa fonte adicional de energia, também, serve aos propósitos de co-geração de energia para exportação à rede pública. A outra parte da palha deve permanecer na lavoura para minimizar as perdas do solo por evapo-transpiração, redução da infestação por pragas, fertilização entre outros efeitos benéficos.

[076] A cana trazida para o processo passa a ser limpa através de uma série de dispositivos mecânicos e pneumáticos por uma técnica denominada de limpeza a seco. Nesse processo, através de dispositivos citados, promove-se a remoção de parte das impurezas trazidas da lavoura, juntamente com a cana, sem a necessidade de lavagem da cana. Dessa forma elimina-se quase a metade da necessidade de captação de água pela usina. O acionamento do sistema de extração (difusores ou moendas) passa a ser efetuado através de acionamento preferencialmente por motores elétricos, que possuem maior eficiência com relação aos acionamentos efetuados por turbinas. Em uma das formas preferidas da invenção, no processo de extração do caldo a embebição (adição de água no último efeito extrativo) é efetuado exclusivamente com água recuperada da cana alimentada no sistema, mais especificamente através do reaproveitamento racional dos condensados de vapor vegetal recuperados do processo de fabricação de açúcar e/ou etanol, aos quais se aplica um rígido controle de arraste de sacarose. O aquecimento do caldo de cana oriundo da extração e destinado ao tratamento físico-químico de coagulação e floculação e posterior decantação das impurezas, é efetuado por dispositivos de troca térmica indireta regenerativa, entre o fluido frio, definido pelo caldo misto, e condensados recuperados da evaporação do caldo e/ou cristalização do açúcar e/ou do condensado resultante da condensação dos vapores vegetais utilizados no aquecimento do caldo tratado quimicamente (sulfitação, calagem, floculação).

[077] Os condensados gerados são recirculados para recuperação térmica e reutilização no processo, por exemplo, para embebição.

[078] A fermentação alcoólica deve ser ajustada para se obter um grau alcoólico final entre 6 e 16°Gl, mais preferivelmente acima de 10°GL.

[079] A geração de vapor é feita em caldeiras de alta pressão, 45 a 100 kgf/cm2, preferivelmente 100kgf/cm3, exatamente como já anteriormente descrito no presente relatório, sendo o vapor de escape encaminhado ao processo de fabricação de açúcar e/ou álcool. As caldeiras geram vapor de alta pressão, denominado de vapor direto, a partir da queima de bagaço resultante da extração de caldo da cana-de-açúcar da extração e da palha. As águas de resfriamento utilizadas no processo para condensação, resfriamento de dornas (fermentadores), mosto são resfriadas na torre de resfriamento TR.

[080] A torta de filtro produzida na estação de filtração e as cinzas obtidas e uma pequena fração do melaço em substituição à vinhaça (para conseguir-se o efeito de granulação da mistura) produzido no processo são então submetidas à produção de um fertilizante orgâno-mineral (FOM), conforme procedimento descrito no pedido de patente co-pendente do mesmo depositante. Esse processo compreende, basicamente, as etapas já definidas anteriormente.

[081] Nas figuras 5 e 6 são discriminados, a título de exemplo, os volumes de água recuperados em cada etapa do processo de fabricação, para o caso de usina anexa e para destilaria autônoma, respectivamente.

[082] As águas recuperadas compreendem os condensados da evaporação da vinhaça, vapores condensados de todos os evaporadores de caldo com exceção daquela do primeiro evaporador (caso de usina anexa) e também do cozimento do xarope (caso de usina anexa) e os condensados dos condensadores da destilação que utilizam vapor V1. Esse excedente de água pode ser utilizado diretamente na irrigação para consumo industrial ou após tratamento adequado, exportado para rede pública.

[083] Optando-se pela utilização dessa água para consumo doméstico, deve-se submetê-la a um sistema consistindo, por exemplo, de uma etapa de tratamento anaeróbio seguido de um tratamento aeróbio(por exemplo por lodos ativados) a um tratamento físico-químico e finalmente a uma cloração ou ozonização A carga orgânica dos condensados, DBO, prevista e da ordem de 300 mg/ L e a DQO de cerca de 2.000 mg/ L. Na primeira etapa (anaeróbica), considerando-se uma eficiência de remoção de DQO da ordem de 80% permite uma geração de biogás é de 0,45 Nm3/ kg DQO removido e o lodo excedente é de 0,05 kg/ kg DQO removido. O biogás gerado, normalmente tem uma composição de cerca de 70% metano, 29%CO2, 0,5% H2S e traços de N2, H2 e água saturada. Este biogás pode opcionalmente ser utilizado para gerar potência elétrica ou gás de combustão para um sistema "chiller" para refrigerar água de processo utilizada no resfriamento de dornas (fermentadores). A água pode ser fornecida a rede pública para consumo doméstico ou industrial. Os procedimentos aqui propostos permitirão que as empresas do setor passem da condição de importadoras de água para a situação de exportadoras, gerando sua própria energia a partir de fonte renovável e exportando-a para rede pública, transformando os resíduos sólidos gerados na fabricação de açúcar (torta de filtro) e etanol (torta de filtro e vinhaça) e nas caldeiras (cinzas e gás de chaminé para aquecimento) em um fertilizante orgâno-mineral sólido granulado, além de garantir a produção eficiente do açúcar e do etanol. O resultado é um menor consumo de combustíveis fósseis, a preservação do meio ambiente, economia de recursos com captação de água e disposição de rejeito, redução da frota para transporte e dos equipamentos utilizados no transporte e de distribuição de vinhaça, cinza e torta, com economia na compra de fertilizante pela recirculação dos rejeitos sólidos ricos em nutrientes (principalmente potássio), e com um menor custo operacional com uma possível, exportação de água para rede pública.

Claims (30)

1. Processo para recuperação de água e energia do processamento de cana-de-açúcar em usinas de produção de açúcar e etanol, utilizando a palha (PA) e o bagaço (BA) da cana-de-açúcar como fonte de energia para uma unidade de geração de vapor e energia elétrica (TG1) e compreendendo as etapas de: a- submeter a cana-de-açúcar (CA) a uma operação de extração de caldo com embebição por condensados (COND)recuperados de vapor vegetal; b- tratar e purificar o caldo extraído, utilizando condensado (COND)de vapor vegetal, vapor vegetal (V1,V2,V3) de evaporação e insumos e produzindo um fluxo de caldo clarificado (CAC), um fluxo de lodo (LO) e um fluxo de condensado (COND)de vapor vegetal; c- tratar o fluxo de lodo (LO), produzindo uma torta (TO) de filtro e um fluxo de caldo filtrado (CAF)que é retornado à etapa de tratar e purificar o caldo; d- submeter parte do fluxo de caldo clarificado (CAC) a uma unidade de evaporação (UE) de múltiplos efeitos a vácuo, sob aquecimento por vapor de escape (VE)da unidade de geração de energia (TG1), produzindo: um condensado de vapor de escape (COND-VE), a ser retornado, pelo menos em parte, à unidade de geração de energia (TG1); pelo menos um fluxo de vapor vegetal de evaporação; um fluxo de vapor vegetal de último efeito(VN); um fluxo de condensado de vapor vegetal (COND); e um fluxo de caldo concentrado (xarope) (X); e- concentrar o fluxo de caldo concentrado (xarope) (X) até o ponto de cristalização de parte da sacarose nele contida sob aquecimento com pelo menos parte do fluxo de vapor vegetal produzido na unidade de evaporação (EU), produzindo um fluxo de vapor vegetal de cristalização, um fluxo de condensado de vapor vegetal e um fluxo de produto cristalizado (MC)(massa cristalizada); f- centrifugar o produto cristalizado, produzindo um fluxo de mel (MC)(melaço) e um fluxo de açúcar (A) a ser secado e ensacado; g- misturar o restante do fluxo de caldo clarificado (CAC) com o fluxo de Mel (MC) (melaço) para a fermentação e resfriar o mosto (MO)resultante por troca térmica indireta, com pelo menos um dos meios definidos por um fluxo de caldo misto (CAM) extraído e um fluxo de água(H2O) de condensado de vapor vegetal, na temperatura de bulbo úmido correspondente à temperatura ambiente, circulando por uma unidade de torre de resfriamento (TR); h- manter a temperatura da fermentação entre 25 e 36°C, por troca térmica indireta com um fluxo de água (H2O)de condensado de vapor vegetal circulando por uma unidade de torre de resfriamento (TR); i- fermentar o mosto resfriado, produzindo um fluxo de mosto fermentado (vinho) (MOF), e destilar o (vinho) mosto fermentado (MOF) para produzir etanol e vinhaça, sendo o processo caracterizado pelo fato de: - o caldo (extraído) caldo misto (CAM) ser pré-aquecido no resfriamento do mosto (MO) e aquecido por troca térmica indireta regenerativa com pelo menos um dos fluxos de vapor vegetal (V3) de último efeito da unidade de evaporação (EU) e de vapor vegetal de cristalização (V), transformando ditos fluxos de vapor em fluxos de condensado (COND) de vapor vegetal; - a etapa de destilar o (vinho) o mosto fermentado (MOF) sendo realizada com o aquecimento indireto do mosto fermentado (MOF) por pelo menos um dos meios definidos: por parte do fluxo de vapor vegetal de evaporação (V1); por parte do fluxo de vapor de escape (VE); e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça (VVN), produzindo um fluxo de vapor alcoólico (FL) e pelo menos um dos fluxos de condensado de vapor vegetal (COND) e de vapor de escape (VE); - o fluxo de vapor alcoólico (FL) sendo condensado por troca térmica indireta com pelo menos um dos fluxos de (vinho) mosto fermentado (MOF) e de água (H2O) de condensado de vapor vegetal da unidade da torre de resfriamento (TR); - a vinhaça (VIN) sendo submetida a uma unidade de evaporação de vinhaça (UEV), de múltiplos efeitos, sob aquecimento por vapor vegetal de evaporação (V1), produzindo: pelo menos um fluxo de vapor vegetal de vinhaça (VV!); um fluxo de vapor vegetal de vinhaça de último efeito (VVN); um fluxo de condensado de vapor vegetal (COND); e um fluxo de vinhaça concentrada (VINC); - o (vinho) mosto fermentado (MOF) a ser destilado, sendo pré-aquecido por troca térmica indireta com pelo menos um dos meios definidos, pelo fluxo de vapor vegetal de vinhaça de último efeito (VVN) e por um fluxo de vapor alcoólico de um estágio de destilação, produzindo um fluxo de condensado de vapor vegetal (COND) e um fluxo de condensado alcoólico (EH); - o excesso dos fluxos de condensado (COND) de vapor vegetal, não utilizado no processo, sendo enviado, pelo menos em parte, à unidade da torre de resfriamento (TR) e, se ainda disponível, armazenado para posterior tratamento.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluxo de condensado alcoólico (EH) ser retornado para o topo do respectivo estágio de destilação (D1,D2) do qual é extraído.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a unidade de evaporação do caldo clarificado (CAC), destinada à fabricação de açúcar ser provida de uma saída de liberação de vapor vegetal de evaporação em cada um de seus pelo menos quatro efeitos evaporativos ((E1, E2, E3, EN), sendo que a etapa de tratamento e purificação do caldo misto CAM) (extraído) compreende: um primeiro estágio de aquecimento regenerativo (AR1) por meio de injeção de parte do fluxo de condensados (COND); um segundo estágio de aquecimento (AR2) utilizando parte do fluxo de vapor vegetal de evaporação (V1) liberado em um efeito evaporativo da unidade de evaporação (EU); um terceiro estágio de aquecimento (AQ1) no qual é injetada parte do vapor vegetal de evaporação liberado em um efeito evaporativo imediatamente anterior; e um quarto estágio de aquecimento no qual é injetada parte do vapor vegetal de evaporação liberado em um primeiro efeito evaporativo imediatamente anterior da unidade de evaporação(UE).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o aquecimento no primeiro efeito evaporativo da unidade de evaporação (EU) ser obtido por troca térmica indireta entre o vapor de escape (VE) da unidade de geração de energia (TG1) e o caldo clarificado (CAC), gerando o fluxo de condensado de vapor de escape (COND-VE) e um primeiro fluxo de vapor vegetal (V) utilizado para aquecer o efeito subsequente e liberar um respectivo fluxo de vapor vegetal de evaporação para o processo e assim sucessivamente até o último efeito evaporativo (EN).

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato etapa de tratamento e purificação do caldo misto (CAM) (extraído) destinado à fabricação de etanol compreender: um primeiro estágio de aquecimento regenerativo (AR1) por meio de troca térmica indireta com o caldo filtrado (CAF), um segundo estágio de injeção de parte do fluxo de condensados (COND); um segundo estágio de aquecimento regenerativo (AR2) por meio de troca térmica indireta com condensados de vapor vegetal (V1) e um estágio final utilizando parte do fluxo de vapor vegetal de evaporação (VN) liberado em um efeito evaporativo da unidade de evaporação (UE) de caldo destinado a fabricação de açúcar.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a etapa de tratar e purificar o caldo extraído compreender ainda submeter o caldo aquecido a operações de “flash”, de floculação com adição de eletrólito e de decantação das impurezas.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 6, caracterizado pelo fato de a destilação do (vinho) mosto fermentado (MOF), para a obtenção de etanol hidratado (cerca de 96°Gl), ser realizada pelo menos em duas etapas, sendo que, na primeira etapa, o mosto fermentado (MOF) (vinho) pré-aquecido é colocado em ebulição à pressão igual ou superior à atmosférica e em dispositivo de troca térmica indireta, no fundo de uma coluna de destilação multi-estágios, produzindo, no topo da coluna, vapores alcoólicos contendo uma graduação entre 40 e 60°GL (flegma) e vinhaça (VIN) no fundo, contendo os constituintes sólidos do vinho, água e um teor alcoólico residual menor que cerca de 0,05%, sendo o aquecimento realizado por troca térmica indireta com pelo menos um dos meios definidos por parte do fluxo de vapor vegetal de evaporação; por parte do fluxo de vapor de escape (VE); e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça (VVN), sendo que o vapor alcoólico (FL) obtido no topo dessa primeira etapa (D1) (flegma) é enviado à segunda etapa (D2) de destilação, na qual o flegma (FL), na forma de vapor alcoólico, é alimentado no primeiro terço da coluna em um estágio intermediário dos múltiplos estágios, entrando em contato com parte dos recirculados condensados de topo.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de misturar torta (TO) de filtro, vinhaça concentrada (VINC) e cinzas (CIN) de combustão de palha (PA) e de bagaço (BA) de cana-de-açúcar (CA), e, opcionalmente, fertilizantes químicos convencionais, para compor um fertilizante orgâno- mineral.

9. Processo para recuperação de água e energia do processamento de cana-de-açúcar em usinas de produção de etanol, utilizando a palha (PA) e bagaço (BA) da cana-de- açúcar (CA) como fonte de energia para uma unidade de geração de vapor e energia elétrica e compreendendo as etapas de: a- submeter a cana-de-açúcar (CA) a uma operação de extração (EX1)de caldo misto (CM)com embebição por condensado de vapor vegetal (COND); b- tratar e purificar o caldo misto (CAM)extraído, utilizando condensado de vapor vegetal (COND), vapor vegetal de pré- evaporação (V1) e insumos e produzindo um fluxo de caldo clarificado (CAC), um fluxo de lodo (LO)e um fluxo de condensado de vapor vegetal(COND); c- tratar o fluxo de lodo (LO), produzindo uma torta (TO)de filtro e um fluxo de caldo filtrado (CAF) que é retornado à etapa de tratar e purificar o caldo misto(CAM); d- submeter o fluxo de caldo clarificado (CAC) a uma unidade de evaporação (UE) , sob aquecimento por vapor de escape (VE) da unidade de geração de energia (TG1), produzindo: um condensado de vapor de escape (COND-VE), a ser retornado, pelo menos em parte, à unidade de geração de energia (TG1); um fluxo de vapor vegetal (VG)de evaporação; e um fluxo de caldo pré-evaporado (CAPE); e- resfriar o caldo pré-evaporado (CAPE)por troca térmica indireta com pelo menos um dos meios definidos por um fluxo de parte do caldo misto (CAM) e um fluxo de condensado (COND) de vapor vegetal circulando por uma unidade de torre de resfriamento (TR); f- fermentar o mosto (MO)resfriado constituído de caldo pré- evaporado (CAPE), produzindo um fluxo de (vinho) mosto fermentado (MOF), e destilar o (vinho) mosto fermentado (MOF) para produzir etanol (EH) e vinhaça (VIN), sendo o processo caracterizado pelo fato de: - de o caldo misto (CAM) extraído ser aquecido por troca térmica indireta, antes de seu tratamento físico-químico (TR1), com pelo menos um dos meios definidos por um fluxo de caldo pré-evaporado (CAPE) e fluxos de condensado (COND) de vapor vegetal recuperados no processo; - o caldo extraído, submetido ao tratamento físico-químico (TR1), sendo aquecido para cerca de 105° a 110°C, por troca térmica indireta com o fluxo de vapor vegetal (VG) de pré- evaporação, transformando esse último em um fluxo de condensado (COND) de vapor vegetal; - a etapa de destilar o (vinho) mosto (MO) sendo realizada com o aquecimento indireto do mosto (MO) (vinho) por pelo menos um dos meios definidos: por parte do fluxo de vapor vegetal de pré-evaporação (VG); por parte do fluxo de vapor de escape (VE); e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça (VVN), produzindo um fluxo de vapor alcoólico (FL) e pelo menos um dos fluxos de condensado de vapor vegetal (COND) e de vapor de escape (VE); - o fluxo de vapor alcoólico (FL) ser resfriado por troca térmica indireta com pelo menos um dos fluxos de mosto fermentado (MOF) e de água (H2O) condensada de vapor vegetal da unidade da torre de resfriamento (TR); - a vinhaça (VIN) ser submetida a uma unidade de evaporação de vinhaça (UEV), de múltiplos efeitos a vácuo, sob aquecimento por vapor vegetal de pré-evaporação (VG), produzindo: um fluxo de vapor vegetal de vinhaça (VV1); um fluxo de vapor vegetal de vinhaça de último efeito (VVN); um fluxo de condensado (COND) de vapor vegetal; e um fluxo de vinhaça concentrada (VINC); - o mosto (MO), a ser destilado, sendo pré-aquecido por troca térmica indireta com pelo menos uma parte dos fluídos definidos por um fluxo de vapor alcoólico (FL) de um estágio de destilação e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça (VVN) de último efeito, produzindo um fluxo de condensado de vapor alcoólico (COND) e um fluxo de condensado de vapor vegetal de vinhaça (COND); - o excesso dos fluxos de condensado de vapor vegetal, não utilizado no processo sendo enviado, pelo menos em parte, à unidade da torre de resfriamento (TR) e, se ainda disponível, armazenado para posterior tratamento.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o fluxo de condensado alcoólico (FL) ser recirculado no respectivo estágio de destilação do qual é extraído.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de a etapa de tratar e purificar o caldo misto (CAM) extraído compreender ainda submeter o caldo aquecido a operações de “flash”, de floculação com adição de polieletrólito e de decantação das impurezas.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de a destilação do (vinho) mosto (MO), para a obtenção de etanol hidratado (EH) (a cerca de 96°Gl), ser realizada pelo menos em duas etapas, sendo que, na primeira etapa, o mosto (MO) pré-aquecido é colocado em ebulição à pressão igual ou superior à atmosférica, em dispositivo de troca térmica indireta, no fundo de uma coluna de destilação multi-estágios, produzindo, no topo da coluna, vapores alcoólicos contendo uma graduação entre 40 e 60°GL (flegma) e vinhaça (VIN) no fundo, contendo os constituintes sólidos do vinho, água e um teor alcoólico residual menor que cerca de 0,05%, sendo o aquecimento realizado por troca térmica indireta com pelo menos um dos meios definidos por parte do fluxo de vapor vegetal (VG) de pré-evaporação e por um fluxo de vapor vegetal de vinhaça, sendo que o vapor alcoólico (FL) obtido no topo dessa primeira etapa (flegma) é enviado à segunda etapa de destilação (D2), na qual a flegma (FL), na forma vapor alcoólico, é alimentada no primeiro terço da coluna em um estágio intermediário dos múltiplos estágios, entrando em contato com parte dos recirculados condensados de topo.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de misturar torta (TO) de filtro, vinhaça concentrada (VINC) e cinzas (CIN) de combustão de palha (PA) e de bagaço (BA) de cana-de-açúcar (CA) e, opcionalmente, fertilizantes químicos convencionais, para compor um fertilizante orgâno-mineral.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de ajustar a quantidade de nutrientes, a temperatura, o conteúdo de açúcares fermentescíveis, o pH, quantidade de fermento, e demais parâmetros de controle do mosto (MO) em fermentação, de modo a obter, após a fermentação alcoólica um grau alcoólico final entre 6 e 16° Gl, preferencialmente acima de 10°GL.

15. Processo para recuperação de água e energia do processamento de cana-de-açúcar em usinas de produção de açúcar, utilizando a palha (PA) e bagaço (BA) da cana-de- açúcar (CA) como fonte de energia para uma unidade de geração de vapor e energia elétrica (TG1) e compreendendo as etapas de: a- submeter a cana-de-açúcar (CA) a uma operação de extração de caldo misto (CAM) com embebição por condensado de vapor vegetal; b- tratar e purificar o caldo extraído, utilizando condensado de vapor vegetal, vapor vegetal (VG)de evaporação e insumos e produzindo um fluxo de caldo clarificado, um fluxo de lodo (LO) e um fluxo de condensado de vapor vegetal (COND); c- tratar o fluxo de lodo (LO), produzindo uma torta (TO) de filtro e um fluxo de caldo filtrado (CAF) que é retornado à etapa de tratar e purificar o caldo; d- submeter parte do fluxo de caldo clarificado (CAC) a uma unidade de evaporação (UE)de múltiplos efeitos a vácuo, sob aquecimento por vapor de escape (VE) da unidade de geração de energia, produzindo: um condensado de vapor de escape (COND- VE), a ser retornado à unidade de geração de energia (TG1); pelo menos um fluxo de vapor vegetal de evaporação (VV1); um fluxo de vapor vegetal (VVN) de último efeito; um fluxo de condensado de vapor vegetal (COND) e um fluxo de (xarope) caldo concentrado (X); e- concentrar o caldo concentrado (X) (xarope) até o ponto de cristalização de parte da sacarose nele contida sob aquecimento com pelo menos parte do fluxo de vapor vegetal produzido na unidade de evaporação (UE), produzindo um fluxo de vapor vegetal de cristalização, um fluxo de condensado de vapor vegetal e um fluxo de produto cristalizado (MC)(massa cristalizada); f- centrifugar o produto cristalizado, produzindo um fluxo de mel (MC) e um fluxo de açúcar (A) a ser secado e ensacado, sendo o processo caracterizado pelo fato de: - o caldo (extraído) caldo misto (CAM) ser aquecido, pelo menos em parte, por troca térmica indireta com pelo menos um dos fluxos de vapor vegetal de último efeito da unidade de evaporação (UE) e de vapor vegetal da etapa de concentrar o caldo concentrado (CAC) (xarope) para cristalização, transformando ditos fluxos de vapor em fluxos de condensado de vapor vegetal; - o excesso dos fluxos de condensado de vapor vegetal, não utilizado no processo, sendo enviado, pelo menos em parte, à unidade da torre de resfriamento (TR) e, se ainda disponível, armazenado para posterior tratamento.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a unidade de evaporação (UE)do caldo clarificado apresentar pelo menos quatro efeitos evaporativos e ser provida de uma saída de liberação de vapor vegetal de evaporação em cada um de seus efeitos evaporativos, sendo que a etapa de tratamento e purificação do caldo misto (CAM) extraído compreende: um primeiro estágio de aquecimento (AR1) utilizando o condensado (COND) de vapor vegetal; um segundo estágio de aquecimento (AR2) utilizando injeção de parte do fluxo de vapor vegetal de evaporação liberado em respectivo efeito evaporativo; um terceiro estágio de aquecimento no qual é injetada parte do vapor vegetal de evaporação liberado em um efeito evaporativo imediatamente anterior; e um quarto estágio de aquecimento no qual é injetada parte de vapor vegetal de evaporação liberado em um primeiro efeito evaporativo da unidade de evaporação.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de o aquecimento no primeiro efeito evaporativo da unidade de evaporação (UE) ser obtido por troca térmica indireta entre o vapor de escape (VE)da unidade de geração de energia e o caldo clarificado, gerando o fluxo de condensado de vapor de escape e um primeiro fluxo de vapor vegetal utilizado para aquecer o efeito subsequente e liberar um respectivo fluxo de vapor vegetal (VG) de evaporação para o processo e assim sucessivamente até o último efeito evaporativo.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a etapa de tratar e purificar o caldo extraído compreender ainda submeter o caldo aquecido a operações de “flash”, de floculação com adição de polieletrólito (AF) e de decantação das impurezas.

19. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de o excedente de água de condensado de vapor vegetal, gerado no processo, ser destinado à irrigação.

20. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de o excedente de água de condensado de vapor vegetal, gerado no processo ser destinado a um tratamento biológico anaeróbico, com geração de biogás e, sequencialmente, a um tratamento aeróbico, e a um tratamento físico-químico, para consumo industrial ou doméstico.

21. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de a palha (PA) ser trazida até a indústria juntamente com os colmos de cana, ser separada e processada separadamente antes da extração do caldo misto (CAM) de cana e ser enviada à unidade de geração de vapor e energia elétrica (TG1).

22. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de o vapor ser gerado em caldeiras de alta pressão de 45 a 100 kgf/cm2 de pressão, preferencialmente 100 kgf/cm2.

23. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de a geração de energia elétrica ser efetuada em turbo geradores de contrapressão e com turbo gerador de condensação.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de o turbo gerador de contrapressão gerar vapor de escape para o processo de fabricação de açúcar e ou etanol e fertilizante orgâno-mineral.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de o turbo gerador de condensação enviar todo o condensado para uma caldeira de alta pressão.

26. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 ou 25, caracterizado pelo fato de toda energia elétrica necessária ao processo de fabricação de açúcar e/ou álcool e fertilizante orgâno-mineral, bem como o excedente energético, ser gerado a partir da queima de bagaço (BA) e palha (PA) (palhiço) da cana-de-açúcar.

27. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18 ou 21, caracterizado pelo fato de a água de reposição (“make up”) da unidade de geração de vapor e energia elétrica (TG1) ser obtida a partir dos fluxos de condensado de vapor vegetal recuperados do processo e submetidos a um tratamento para remoção de sais e impurezas orgânicas.

28. Processo, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de o tratamento da água de reposição (“make up”) ser efetuado por tratamento por resinas de troca iônica em série com um sistema de osmose reversa.

29. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de a palha (PA) ser misturada ao bagaço (BA) efluente da extração e a mistura enviada a unidade de geração de vapor e energia elétrica (TG1).

30. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 8, caracterizado pelo fato de a vinhaça (VIN) ser submetida a uma unidade de evaporação (UEV) em múltiplos efeitos a vácuo, sob um aquecimento por vapor alcoólico efluente do topo de uma coluna, produzindo pelo menos um fluxo de vapor vegetal de vinhaça, um fluxo de condensado alcoólica (EH) (etanol hidratado) e um fluxo de vinhaça concentrada (VINC).

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