Análise de um destilador de álcool em regime contínuo

Abstract

Com o desenvolvimento dos carros de combustível “flex” e o preço do petróleo em alta o consumo de combustível a álcool está apontando para uma mesma direção. Seguindo este padrão crescente, o Brasil pode facilmente abastecer, com exportações, parte da demanda internacional para “combustíveis limpos”. Apesar de ter a tecnologia para produção e utilização de álcool em grandes destilarias, pouco é sabido sobre produção de álcool em termos de fazendas no Brasil. Por causa do tamanho das fazendas, os fazendeiros brasileiros têm capacidade para produzir o próprio combustível em quantidade suficiente para abastecer as demandas das fazendas e até mesmo vender o excesso produzido. A produção de álcool torna possível a geração de energia para todas as operações da fazenda, inclusive energia térmica e iluminação, aumentando a renda das propriedades familiares. Esta pesquisa tem como objetivo a análise de um sistema de evaporador contínuo para produção de álcool a ser usado em termos de fazenda. Para testar a eficiência do protótipo em destilação contínua de álcool, foram realizados experimentos com diferentes taxas de fluxo da solução, como também diferentes conteúdos de álcool na solução (15 % e 50 %). Devido à impossibilidade de se produzir a solução tradicionalmente fermentada, utilizou-se uma solução hidroalcoólica com 15 % álcool para simular o vinho de cana-de-açúcar. Outra solução com 50 % de álcool foi usada para simular o retificado de um destilado de cana-de- açúcar ou os resíduos da cachaça (cabeça e cauda da destilação). Se utilizada pelo tradicional produtor brasileiro de cachaça, a produção de combustível a partir dos resíduos da cachaça contribuirá, significativamente, para a redução de perdas e para a melhoria da qualidade da bebida. O programa desenvolvido para simular o processo de destilação determina: (1) o total de álcool evaporado durante o processo; (2) a concentração do álcool produzido; (3) a taxa de fluxo líquida em cada compartimento do evaporador; (4) a concentração de álcool em cada compartimento do evaporador; e (5) a taxa de transferência de calor no evaporador. A eficiência do programa foi avaliada pelo erro relativo percentual em dois parâmetros: taxa de fluxo de álcool evaporado e concentração do álcool produzido para os casos testados experimentalmente. Os erros relativos médios envolvidos na taxa de fluxo e concentração de álcool produzido foram 19,6 e 30,8, respectivamente. Os erros na taxa de fluxo em cinco casos ficaram abaixo de 10 %, enquanto em termos das concentrações de álcool, também em cinco casos, os erros ficaram abaixo de 15 %.

With the development of "flex fuel" cars and the rising of petroleum price, the alcohol fuel consumption is pointing to the same direction. Following the growing pattern, Brazil can easily supply, with exportations, part of the international demand for "clean" fuels. In spite of having the know-how for alcohol production and utilization in big distillation plants, little is known about alcohol production at farm level in Brazil. Because of farm size, Brazilian farmers have the capacity to produce their own fuel in sufficient amount to attend the farm demands and even to sell the excess produced. For family farms, the alcohol production makes energy supply possible for all farm operations including thermal energy and illumination, increasing the farm income. The objective of this research was to analyze a continuous evaporator system for alcohol production to be used at farm level. In order to test the prototype efficiency in continuous distillation of alcohol, experiments were accomplished with different solution flow rates as well as different alcohol content in the solution (15 % and 50 %). Due to the impossibility for producing the traditionally fermented solution, the sugar cane wine was simulated with a hydro alcoholic solution with 15 % alcohol. The solution with 50 % alcohol was used to simulate the rectifying of a low proof distilled from sugar cane or liquor sub product (head and tail from distillation). If utilized by the traditional Brazilian liquor (cachaça) producer, the production of alcohol fuel from the residues will contribute significantly for loss reduction and improvement of liquor quality. The developed program to simulate the distillation process determines: (1) the total amount of alcohol evaporated during the process; (2) the concentration of produced alcohol; (3) the liquid flow rate in each evaporator compartment; (4) the concentration of alcohol in each evaporator compartment and (5) the rate of heat transfer in the evaporator. The program efficiency was evaluated by percent relative error in two parameters: flow rate of evaporated alcohol and concentration of the produced alcohol for the cases tested experimentally. The average percent relative errors involved in the flow rate and concentration of produced alcohol were 19.6 and 30.8, respectively. The errors in the flow rate of five cases were lower than 10 %, while, in terms of the alcohol concentrations in 5 cases were lower than 15 %.