Cana
Destilação
Autores
André Ricardo Alcarde - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq)
Fábio Cesar da Silva - Embrapa Agricultura Digital
O vinho resultante da fermentação do mosto possui uma composição complexa, com elementos de natureza líquida, sólida e gasosa.
Em relação à volatilidade, as substâncias componentes do vinho podem ser dispostas em dois grupos: voláteis e fixas. As substâncias voláteis são representadas pelo álcool etílico, água, álcoois superiores, entre outros. No extrato do mosto, células de leveduras e bactérias constituem as substâncias sólidas e, consequentemente, fixas.
Para separar o álcool dos demais componentes do vinho, empregam-se várias destilações (exemplo de destilaria de açúcar e álcool apresentado na Figura 1) especiais, que são baseadas na diferença do ponto de ebulição das substâncias voláteis.
A destilação tem por objetivo de separar o etanol da mistura de caldo de cana fermentado, que contém água, etanol e outras impurezas. A mistura é aquecida e o etanol é separado da água e outras impurezas com base na diferença de pontos de ebulição.
A primeira operação de destilação é a purificação do vinho (também chamada de depuração), com a eliminação parcial de impurezas (compostos) como aldeídos e ésteres. Essa operação é realizada na coluna de depuração, de onde resulta o vinho depurado e uma fração denominada álcool bruto, de segunda.
| Foto: Raffaella Rossetto. |
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| Figura 1. Destilaria de açúcar e álcool. |
Na segunda operação, o vinho depurado é, em seguida, submetido a uma nova destilação, em uma coluna de destilação ou de esgotamento, de onde resultam duas frações: o flegma - produto principal da destilação constituído por uma mistura impura de água e álcool - e a vinhaça - resíduo aquoso de destilação do vinho, no qual se acumulam as substâncias fixas do vinho e parte das voláteis. Tal processo é a Retificação, cujo objetivo é purificar o etanol obtido na destilação, removendo impurezas como aldeídos, ésteres e álcoois homólogos superiores. Isto é, o etanol é submetido a uma destilação adicional, onde as impurezas são separadas com base na diferença de pontos de ebulição. Como resultado, o processo de fracionamento desse vinho ocorre na coluna (Figura 2), onde atinge os vapores do último prato. O termômetro aí situado acusará uma temperatura ao redor de 90 °C, quando, então, é aberta a alimentação da coluna de fluxo contínuo. O vinho vai se desalcoolizando, saindo na forma de vinhaça pela base do aparelho. Os vapores alcoólicos caminham por retrogradação, pela condensação dos vapores menos voláteis. A parte restante caminha do aquecedor de vinho para o refrigerante, indo fluir na proveta, de onde segue para o depósito.
A estabilização do grau de flegma é feita através da entrada de vapor, do fluxo de vinho e da retirada de vinhaça (Figura 2), o que mantém a coluna em equilíbrio (Delgado et all, 2019).
Figura 2 - Funcionamento de uma coluna de baixo grau.
Fonte: Delgado et al. (2019).
Tal flegma é, então, submetido à operação de retificação para separação dos álcoois superiores e concentração do destilado até o grau alcoólico do álcool hidratado (97%).
Aldeídeos, ésteres, álcoois homólogos superiores, ácidos e bases voláteis, etc. acompanham o álcool nos flegmas.
Desidratação do etanol hidratado
A desidratação tem por objetivo remover a água restante do etanol, produzindo etanol anidro. Tal desidratação do etanol hidratado é um processo importante para obter álcool anidro, que é essencial para diversas aplicações industriais. Durante a produção de etanol, várias impurezas estão presentes, incluindo aldeídos, ésteres, álcoois homólogos superiores, ácidos e bases voláteis. Essas impurezas podem afetar a qualidade do álcool e precisam ser removidas. Para se obter um álcool livre dessas substâncias, que depreciam a boa qualidade de um álcool, é necessário submeter os flegmas a uma destilação especial, denominada retificação.
Classificação das Impurezas
As impurezas presentes nos flegmas podem ser classificadas em duas categorias, com base no grau de volatilidade, são classificados:
- Impurezas de Cabeça: Aldeídos e ésteres, que têm uma temperatura de ebulição menor que a do etanol.
- Impurezas de Cauda: Álcoois homólogos superiores, furfural, etc., que têm uma temperatura de ebulição maior que a do etanol.
Processos de Desidratação do Etanol
Para obter álcool anidro, é necessário submeter o etanol hidratado a uma etapa de desidratação. Existem várias tecnologias que podem ser utilizadas para desidratar o etanol, incluindo:
- Destilação Azeotrópica: Utiliza um agente desidratador, como o ciclohexano, para alterar a razão de pressão de vapor no azeótropo e permitir a separação da mistura etanol/água. Para o álcool hidratado ser concentrado a álcool anidro, é necessária uma etapa de desidratação, realizada por destilação com agente desidratador (ciclohexano) na atualidade, desidratação por absorção com monoetilenoglicol (MEG) ou por peneira molecular. Houveram grandes avanços na escolha do agente desidratador. Inicialmente, usou-se, sendo desidratada inicialmente com glicerol na desidratação, uma vez que o processo esta é energeticamente desfavorável. A e a destilação azeotrópica com benzeno, devido ao seu grau de toxicidade deste solvente, que foi substituído por ciclohexano (desidratador). Novas tecnologias foram introduzidas por serem processos energeticamente mais eficientes, como a MEG ou através de peneiras moleculares.
O fundamento básico é que a separação de misturas azeotrópicas podem ser feitas por um artifício pela adição de uma terceira substância (ciclohexano) que altera a razão de pressão de vapor no azeótropo, permitindo fracioná- lo em distintas temperaturas.
- Destilação Extrativa: Utiliza um solvente, como o monoetilenoglicol, para quebrar o azeotropismo da mistura etanol/água e permitir a separação da água do etanol. Há ausência de azeótropos e a característica é de que o solvente pode ser recuperado por simples destilação. Faz-se, assim, da destilação extrativa um sistema de desidratação muito mais vantajoso do que os processos azeotrópicos convencionais.
- Peneira Molecular: Utiliza uma peneira molecular para absorver a água do etanol e produzir álcool anidro. Tais peneiras moleculares, são substâncias duras, granulares, esféricas ou cilíndricas fabricadas através de extrusão em estrutura porosa, cuja distribuição de poros pode ser modificada para atuar como malha. Tais peneiras são classificadas de acordo com o tamanho de seus poros que determinarão a área de passagem dos produtos tratados. O material da peneira, denominado zeolite, é formado por cristais que contém água e, quando aquecido, libera essa água sem alterar sua estrutura que pode ser desenvolvida para absorver vários materiais. No caso da separação etanol-água, as moléculas de água são menores do que as do etanol sendo, então, adsorvidas pela peneira molecular, enquanto o etanol “passa direto” pelos reatores deixando a água para trás.
Referência
DELGADO, A. A.; CESAR, M. A. A.; SILVA, F. C. da. Elementos de tecnologia e engenharia da produção do açúcar, etanol e energia. Piracicaba: FEALQ, 2019. 984 p. Colaborador: Luis Guilherme de Abreu e Lima Antoneli.