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Desidratação via Ciclo Hexano, Meg e Peneira Molecular
Quando um novo azeótropo é formado pela adição de um terceiro componente a uma mistura hidroalcoólica, é conhecido como desidratação azeotrópica, onde este componente é um hidrocarboneto, agente desidratante, que apresenta um ponto de ebulição menor que o azeótropo binário (álcool/água). Como resultado, este processo de desidratação via destilação é capaz de alterar suficientemente o equilíbrio das fases líquido-vapor para permitir a ultrapassagem daquela concentração azeotrópica.
Originalmente, este terceiro componente era o benzeno, mas devido a questões de segurança e ao fato de ser um composto cancerígeno, foi substituído pelo ciclo-hexano. Outros benefícios do uso deste composto para etanol desidratação incluem:
Baixo custo
Fácil implantação em escala industrial
Controle operacional simples
Armazenamento seguro
Não corrosivo
Trabalha com vapor de baixa pressão
Desidratação por Ciclo-Hexano
A coluna C funciona como um desidratador, ou seja, é onde se alimenta o álcool hidratado e o ciclo-hexano, este último em bandeja próximo ao topo do equipamento, via fase leve do próprio decantador, que é muito rica nessa composição. Ao entrar em contato com uma mistura líquida, o ciclo-hexano faz com que a água evapore e o etanol seja extraído como um líquido anidro no fundo da coluna.
A solução de ciclo-hexano, álcool e água formam um azeótropo com ponto de evaporação mais baixo (63°C) que o alúmen puro (78,4°C), permitindo que a água e o desidratante sejam retirados com maior eficiência na parte superior. parte da coluna devido às suas maiores volatilidades. O etanol, com maior ponto de evaporação, comporta-se como um produto menos volátil, sendo retirado da parte inferior da coluna de desidratação (C). No entanto, parte do etanol é evaporado, mas a maior parte permanece líquida e pode ser obtida quase sem água.
Uma mistura em fase vapor de hidrocarboneto, água e etanol também representa uma mistura azeotrópica, mas o processo de desidratabilidade é muito mais viável do que em uma mistura binária. Isso se deve ao fato de haver muito mais água na mistura ternária do que etanol, então toda a água é bombeada para a fase vapor, mas apenas uma parte do etanol evapora e o restante fica na fase líquida, que é quase totalmente desprovida de água.
Azeotrópica ternária mistura é heterogênea porque ao ser condensada têm como origem a duas fases liquidas imiscíveis A fase leve, também conhecida como fase orgânica, é rica em hidrocarbonetos e contém menores concentrações de etanol e água, e normalmente é devolvida à coluna do desidratador após a decantação e separação das duas fases. A fase pesada ou aquosa 28 é rica em água e contém quantidades menores de gelo e quantidades ainda menores de hidrocarboneto, e é enviada para uma segunda coluna onde todo o hidrocarboneto e grande parte do álcool são recuperados, ambos como produto de topo da coluna.
Como resultado, após ser condensada, a fase vapor da mistura ternária azeotrópica na coluna C passa pelo decantador, onde as duas fases são separadas, com a fase aquosa retornando à coluna como refluxo e a fase aquosa sendo conduzida para a coluna P, que atua como recuperador de toda a fase aquosa. Ciclo-hexano e etanol são concentrados e saem no topo da coluna P, onde são recirculados para o decantador. O fundo da última coluna, que contém água e uma pequena quantidade de etanol, é recirculado para a coluna B para evitar perdas de etanol. Deve-se notar também que alguns dos vapores condensados no topo da coluna C podem retornar diretamente para esta coluna.
Desidratação por MEG
A coluna também é utilizada no processo de destilação extrativo, no qual o agente extrativo é alimentado por cima e a bebida alcoólica desidratada é alimentada por baixo. Neste caso, o extrator é o monoetileno-glicol (MEG), que pode absorver e transportar a água até o fundo da coluna, enquanto os vapores das bebidas alcoólicas sobem para o topo, onde são condensados e encaminhados para as instalações de armazenamento.
Como resultado, o MEG tem a capacidade de reduzir a volatilidade da água e, assim, quebrar a molécula de azeótropo (etanol-água), e isso se deve à sua forte atração por essa substância. Ao contrário do ciclo-hexano, este agente de separação não volátil com alto ponto de ebuliço tem a capacidade de quebrar o azeótropo original sem formar outro ponto azeotrópico.
A mistura de água, MEG e uma pequena quantidade de álcool, ou fundo, é enviada para uma coluna de recuperação (coluna R), onde o solvente é purificado, atingindo concentrações aquosas extremamente baixas e recuperando sua capacidade de desidratabilidade, antes de ser reintroduzido ao processo de desidratação. Como resultado, o MEG concentra as impurezas dissolvidas no álcool e torna-se mais corrosivo, necessitando de sua purificação, que é realizada passando-o por uma coluna de resinas iônicas, que remove as impurezas e diminui a acidez.
A parte superior do produto da coluna R é composta principalmente de aquoso removido por hidrato, mas também pode conter traços menores de aquoso, que são potencialmente indesejáveis. A B, de forma e de evitar perdas que compõem, a depender do teor alcoólico desta coluna.
A desidratação por etileno glicol é mais vantajoso que a destilação azeotrópica, tanto com benzeno quanto com ciclo-hexano, pois produz um etanol de mesma qualidade, senão melhor, mas com aumento significativo de produtividade, energia economia e eficiência operacional do equipamento. O Fluxograma simplificado do processo de desidratação do MEG é mostrado na imagem abaixo.
Desidratação por Peneira Molecular
É um sistema desidratante de etanol hidratado, produzindo o etanol anidro. Seu princípio de funcionamento está no poder de adsorção das zeólitas, estas têm superfície porosa, seus poros tem diâmetro de 3Å, a molécula da água (H2O) tem 2,8Å e o diâmetro da molécula do etanol (C2H5-OH) tem 4,4Å. Na atualidade, as peneiras moleculares são constituídas de dois vasos que operam simultaneamente, sendo 1 em produção (até próximo da saturação) e outro em regeneração. Atualmente existem 3 modelos mais difundidos; a peneira com reciclo, esta fornece o flegma gerado na regeneração, para uma coluna retificadora da planta existente de etanol hidratado. A peneira sem reciclo, pois esta absorve todo o subproduto disponível em seu processo, pois ela possui uma coluna retificadora própria para processar o volume de flegma disponível, assim, com este equipamento, a planta pode operar durante a entre safra para desidratar etanol. A peneira conhecida como duplo efeito, pois usa a energia térmica disponível no próprio equipamento para atender a retificadora que neste caso, opera sob vácuo, este sistema é o mais econômico no consumo de insumos.
