O foco principal da fermentação alcoólica industrial consiste em transformar a maior quantidade possível de açúcares e nutrientes em etanol, de tal forma que seja possível a utilização de modo racional dos equipamentos, tais como: dornas, cubas, centrífugas, colunas de destilação, E.T.A e TORRES de resfriamento.
Diferentes estratégias são utilizadas para este fim, desde a seleção de leveduras personalizadas (capazes de suportar o ambiente fermentativo) até o controle da composição do mosto (pH, temperatura, ácidos orgânicos, contaminações, minerais e metais pesados, entre outros), para que o vinho seja produzido com teor alcoólico superior a 10% (v/v).
É fato que operar as fermentações alcoólicas industriais com o maior teor alcoólico possível reduz a quantidade de água que precisa ser removida do resfriamento das dornas e da condensação dos vapores alcoólicos na destilaria e, portanto, reduz significativamente o custo de separação e purificação reduzindo o consumo energético envolvido (vapor e energia elétrica), e a produção da vinhaça e flegmaça resultantes, a qual pode ser mostrada na tabela abaixo.
Tabela 1 – Produção de Vinhaça e Flegmaça em função do grau alcoólico ( %v/v) do vinho, para produção de Álcool Hidratado (AH) (95,5%v/v).
Obs. O segundo termo da soma em Vinhaça e Flegmaça é o consumo de vapor por injeção direta nas respectivas colunas, que condensando se junta à vinhaça/flegmaça. Fonte: Destilação do Etanol, STAB, Eng. Florenal Zarpelon, 2020, pg.337
Operar as fermentações alcoólicas com alto teor alcoólico sugere cuidados especiais em relação a saúde das células das leveduras, pois, o efeito inibitório do etanol pode prejudicar a condução do processo fermentativo, e consequentemente, sua produtividade. Alterações da composição da camada lipídica da membrana celular; redução de atividades metabólicas como causa da inibição do transporte de glicose, diminuindo a viabilidade, e a formação do etanol, são fatores decisivos para que o rendimento seja o maior possível, com uma velocidade adequada que haja a menor concentração possível de ARRT no vinho (Fonte: Hallswort, 1998, Martini et al., 2004).
O diagnóstico, o monitoramento e o controle das fermentações com alto teor alcoólico são perfeitamente conhecidos e aplicados em diversas plantas de fermentação alcoólica industrial – Programa de Fermentação Eficiente Solenis™.
O maior problema é a falta de cuidados com a qualidade da água utilizada para o processo fermentativo industrial. Em relação à água, tem-se cinco usos na fermentação: água para o preparo do mosto (diluição do mel); água para o resfriamento do mosto; água para a diluição do fermento reciclado para as cubas de tratamento; água para a absorção do etanol nas colunas de CO2 e água para o resfriamento das dornas de fermentação.
Para o processo de destilação alcoólica: a água é utilizada para remoção do calor latente dos vapores alcoólicos das colunas de destilação, retificação e desidratação (condensação), e para retirada do calor sensível do etanol condensado produzido, visando resfriá-lo para posterior armazenamento. (Fonte: Manual da Conservação e Reuso de Água na Agroindústria Sucroenergética – CTC, 2009).
O consumo específico de água para o processo de produção do etanol não é baixo, isto é, a produção de etanol exige alto consumo de água: Fermentação (TC vinho) = 80 ~ 110 L/L EtOH, (TC mosto) = 20 ~ 30 L/L EtOH; Destilação= 45 ~ 55 L/L EtOH e Desidratação (PM)= 30 ~ 35 L/L EtOH. (Fonte: Balanço de Massa e Energia – Fermentec). Portanto, podemos considerar que o consumo de água para a produção de 1 L de etanol está em torno de 200 L de água.
As variáveis na especificação da torre de resfriamento de água são a carga térmica a ser removida do processo, a vazão e circulação de água, a diferença das temperaturas de entrada e saída da torre (range), a diferença entre a temperatura da água que sai da torre e a temperatura de bulbo úmido do ar ambiente (approach).
Na especificação destes equipamentos, consideram-se, em geral, as condições médias e usuais de operação. Mas, dois aspectos relevantes nem sempre são levados em conta: as interações do sistema de resfriamento como um todo e a operação da torre quando ocorrem demandas térmicas de pico. Independente da qualidade da água utilizada para sua reposição (make-up), a torre deve ser devidamente auditada e monitorada para fornecer de forma ideal, tanto sob o ponto de vista químico, como biológico, uma qualidade de água para a manutenção dos níveis ideais de temperatura dos principais fluxos utilizados na produção do Etanol.
Quando, por exemplo, encontramos gradientes de temperatura na água fria produzida pelas torres de resfriamento, em 1ºC, é possível encontrarmos a necessidade do aumento em torno de 10% do consumo de água, o que, na grande maioria dos casos, além de não disponibilizarmos essa quantidade adicional; a qualidade desta água não satisfaz o processo industrial.
Nossa grande preocupação, no que diz respeito a qualidade da água utilizada para o processo de produção do etanol, é a sobrecarga nos equipamentos de troca térmica, muito em função do não controle efetivo da contaminação microbiológica e da drenagem do lodo formado (blow-down), justamente para a manutenção da relação entre as quantidades de água de reposição, purga e cada ciclo de concentração.
Para evitar que tais condições nos equipamentos importantes de troca térmica, as soluções Solenis para o tratamento de águas do processo de produção do etanol são as mais modernas no setor sucroenergético, tanto nos moldes químicos quanto tecnológicos.
A instalação de controladores on-line para a dosagem de produtos químicos, regulagem da purga do sistema e monitoramento da performance das torres de resfriamento, podem ser realizadas através do programa de detecção e controle da formação dos biofilmes ClearPointSM.
No que diz respeito a qualidade das águas utilizadas na produção do Etanol que entram em contato direto com o fermento (cubas de tratamento), as ETAs necessitam de um controle otimizado de sua operação, de forma a manter a qualidade físico-química e microbiológica. Portanto, a instalação de controladores para dosagem e dos produtos químicos e monitoramento da performance, é fundamental para nosso sistema de fermentação alcoólica.
Conteúdo da empresa Solenis, patrocinadora do Webmeeting Fermentec 2022 Reunião de Início de Safra.
