Orientador: Eduardo Augusto Caldas Batista

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: O óleo fúsel é um resíduo obtido das destilarias de etanol carburante, constituído por uma mistura de álcoois superiores, como álcool isoamílico, álcool isobutílico, dentre outros. Esses álcoois são classificados como congêneres da fermentação alcoólica e devem ser retirados na coluna de...

Resumo: O óleo fúsel é um resíduo obtido das destilarias de etanol carburante, constituído por uma mistura de álcoois superiores, como álcool isoamílico, álcool isobutílico, dentre outros. Esses álcoois são classificados como congêneres da fermentação alcoólica e devem ser retirados na coluna de retificação, pois tendem a se acumular na mesma. Em países onde há uma grande produção de etanol combustível, como o Brasil, alternativas para a utilização dos resíduos gerados nesse processo são de grande importância para tornar a produção de etanol menos poluidora e mais rentável. O baixo preço do óleo fúsel e seu elevado teor de álcool isoamílico, além do elevado volume de óleo fúsel produzido pelo Brasil anualmente, justificam o desenvolvimento de tecnologias para o fracionamento dessa mistura. Sob o ponto de vista técnico-econômico, a utilização do álcool isoamílico presente no óleo fúsel como precursor de ésteres de aroma, bem como ésteres lubrificantes, torna-se uma alternativa atrativa. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi estudar o processo de destilação industrial do óleo fúsel para obtenção do álcool isoamílico utilizando o simulador Aspen Plus. Em uma primeira etapa, foram realizados experimentos em uma coluna de destilação piloto e os resultados obtidos foram comparados com os simulados para o mesmo processo, indicando boa concordância entre os dados. Em seguida, foram analisadas, por cromatografia gasosa amostras de óleo fúsel coletadas em usinas de etanol carburante, para a caracterização dessa mistura. Posteriormente realizou-se uma investigação do equilíbrio de fases, Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV) e Equilíbrio Líquido-Líquido (ELL), dos componentes envolvidos nessa mistura, sendo realizado o ajuste de alguns parâmetros. Foram realizados estudos preliminares da mistura binária Água/Álcool Isoamílico e da mistura ternária Água/Álcool Isoamílico/Etanol que embasaram as propostas de configuração para o sistema multicomponente. Com o auxílio da ferramenta de planejamento experimental, foram definidos parâmetros operacionais e construtivos para as duas configurações propostas. Duas novas composições de alimentação foram testadas, o que permitiu o desenvolvimento de uma última planta de purificação do óleo fúsel. Esta configuração resultou em uma recuperação de 99,52 % de álcool isoamílico e em um consumo total de 0,8311 kg de vapor por kg de produto contendo os isômeros álcool isoamílico (81,80 % m/m) e álcool amílico ativo (17,81 % m/m)

Abstract: Fusel oil is a byproduct obtained from fuel ethanol distilleries, composed by a mixture of high alcohols like isoamyl alcohol, isobutanol, among others. These alcohols are classified as congeners of alcoholic fermentation and they must be withdrawn from rectifying column because they tend...

Abstract: Fusel oil is a byproduct obtained from fuel ethanol distilleries, composed by a mixture of high alcohols like isoamyl alcohol, isobutanol, among others. These alcohols are classified as congeners of alcoholic fermentation and they must be withdrawn from rectifying column because they tend to accumulate in this column. In countries where there is a large production of fuel ethanol, like Brazil, alternatives for the use of byproducts generated in this process are of great importance to make the ethanol production less polluting and more profitable. The low price of fusel oil and its high content of isoamyl alcohol, besides the high volume of fusel oil produced annually, justify the development of technologies to separate this mixture. From the technical-economic point of view, the use of isoamyl alcohol as a precursor of esters of aroma and lubricant becomes an attractive alternative. Thus, this work aimed to study the industrial distillation process of fusel oil to obtain isoamyl alcohol using Aspen Plus simulator. In a first step, experiments were performed in a pilot distillation column and the results were compared with those simulated for the same process, indicating good agreement between the data. Then, samples of fusel oil collected in industrial mills were analyzed by gas chromatography in order to characterize this mixture. Later an investigation was carried out of phase equilibria, Vapor-Liquid Equilibrium (VLE) and Liquid-Liquid Equilibrium (ELL) for the components involved in this mixture, and some parameters were adjusted. Preliminary studies of the binary mixture Water/Isoamyl Alcohol and the ternary mixture Water/Isoamyl Alcohol/Ethanol were conducted and, based on them, configurations for the multicomponent system were proposed. With the aid of the tool of experimental design, some operational and constructive parameters were defined for the two proposed configurations. Two new compositions of feed stream were tested, which allowed the development of one last purification plant of fusel oil. This configuration resulted in a recovery of 99.52 % of isoamyl alcohol and in a total consumption of 0.8311 kg steam per kg of product containing the isomers isoamyl alcohol (81.80 % w/w) and active amyl alcohol (17.81 % w/w)