FOX Na Usina 16 - 4 Passos para Concentrar Vinhaça - I

 

 

FOX na Usina Nº 16 – Jul/21

4 Passos para Concentrar Vinhaça – Parte I

TÓPICOS Nesta Edição:

Depois que abordei no meu livro sobre Trocadores de Calor nas Usinas a Usinas a concentração de vinhaça, várias pessoas pediram mais detalhes e, até orçamentos de projeto; porém ao fazer algumas perguntas preliminares, percebi que algumas usinas ainda não estão prontas para esta etapa que requer um investimento bem maior, pois não passaram pelos passos anteriores que reduzem o volume da vinhaça com menor investimento. Em parceria com o Eng.   Fernando Bronze  Eng. Bronze  da ABN Equipamentos elaboramos Equipamentos elaboramos este Boletim e sem entrar em grandes detalhes do funcionamento interno dos aparelhos da destilaria, fazemos as seguintes colocações sobre os 4 passos para concentrar vinhaça a seguir:

Concentrar Vinhaça:  

1º Passo: Maior GA;   2º Passo: Coluna B1   3º Passo: Sistema de Aquecimento;   Direto   Borbotor   Termossifão 

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1º Passo: Maior teor alcoólico no vinho (Maior GA)

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Algumas usinas por várias razões/necessidades de processo, produzem vinho com 7,5% em volume de teor alcoólico, patamar este que implica em um volume vol ume de vinhaça de 0,922 kg vinhaça/kg de vinho e se passarmos o vinho para 10% v/v de etanol, teremos um volume de vinhaça de 0,896 kg vinhaça/kg vi nhaça/kg de vinho, pode parecer pouco, mas para uma produção 3 de 550 m /dia de etanol hidratado, isto significa uma redução de 1.775 m 3/dia no volume de vinhaça gerada apenas com maior teor alcoólico no vinho e obtemos como bônus uma concentração maior na vinhaça. Além de outras vantagens como melhor aproveitamento do volume das dornas etc.

Na próxima Edição: Concentrar Vinhaça:  

3º Passo: Sistema de Aquecimento;   Falling Film   Comparação entre as opções 

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2º Passo Separar a Vinhaça da Flegmaça (Coluna B1)  

4º Passo: Evaporação de Vinhaça

O sistema compacto e um pouco antigo conhecido como Flegstil  esgota  esgota a flegma da base da coluna B na coluna A, este procedimento adiciona a flegmaça à vinhaça, aumentando seu volume. A instalação da coluna B1 segrega a flegmaça que pode ser utilizada como corrente na limpeza de dornas e outros pontos da usina e reduz o volume da vinhaça.

3º Passo: Sistema de Aquecimento das Colunas A e B) Neste passo temos algumas alternativas e vamos abordá-las a seguir: Aquecimento direto: O aquecimento com vapor injetado diretamente na base das colunas A e B é muito utilizado, pois é de baixo custo inicial e tem uma operação relativamente simples. Neste sistema o vapor (VE ou V1) fornece calor ao se condensar no interior da coluna e é incorporado à vinhaça, ou seja, injetamos “água” na vinhaça aumentando seu volume. A ilustração ao lado permite visualizar este sistema. Enfrenta algumas instabilidades e dificuldades operacionais especialmente quando alteramos de VE

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Vinhaça

para V1 ou vice-versa, pois as densidades dos vapores são diferentes e causa distúrbios, necessitando de novos ajustes na operação a cada troca de fonte de aquecimento.

 

 

a) a)   Aquecimento por Borbotor: Borbotor: Semelhante ao aquecimento direto, o vapor é injetado através de borbotor “afogado” que basicamente é um trecho de tubo com furos para a passagem do vapor, também chamado de flauta. flauta. Um pouco mais estável que o aquecimento direto pois não forma uma onda na lâmina de fundo da coluna por reduzir a velocidade de entrada do vapor permitindo uma melhor leitura dos sensores de nível/temperatura/pressão. PIC

tudo novamente, dá um certo trabalho, mas dá resultado, acreditem! Outra falha do cálculo simplificado é que no termossifão temos duas regiões bem diferentes em relação ao coeficiente de troca, devido à coluna de líquido no interior dos tubos e à temperatura de evaporação necessária (Cota HAquec no desenho), a região onde o líquido da base da coluna é aquecido até evaporar tem um coeficiente de troca muito menor que o de evaporação (Cota H Evap), reduzindo a área de troca térmica disponível para evaporação, “boicotando” o cálculo com U ou K tabelados e o termossifão fica “pequeno”.  “pequeno”.  2)  2)  Coluna de líquido:  líquido:  O termossifão para operar conforme calculado, deve ter os tubos sempre cheios com líquido até a altura do espelho (Cotas H1/H4 no desenho). Já constatamos em campo níveis bem abaixo do espelho onde tubos secos não trocam calor, prejudicando o aquecimento.

M

Vinhaça

b)  b)  Aquecimento Indireto com termossifão: termossifão: Embora menos frequente, esta opção é interessante pois o vapor de aquecimento (VE ou V1 “vigoroso”)  “vigoroso”)  não se mistura com a vinhaça, reduzindo o volume deste efluente. A figura abaixo ilustra a montagem deste sistema.

       1        H

   r      +   o    p    q    Ф     í    a    L    V Vinhaça

   2    H

    p   a    H  v    E

   4    H

   1    H   c     e    H  u   q    A

3)  3)  Saída Bifásica: Bifásica: Algumas instalações apresentam um “afogamento” da saída da mistura vapor-líquido dificultando o fluxo e reduzindo a eficiência do aquecedor. Isto é comum de acontecer quando o termossifão fica muito alto em relação à base da coluna.

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Vinhaça

Já recebi comentários tanto de usinas quanto de fabricantes de aparelhos de destilação que o termossifão às vezes funciona bem e outras nem tanto t anto e algumas das razões destas dificuldades são: 1)  1)  Cálculo Térmico “simplificado”:  “simplificado”:  Vários projetistas utilizam o famoso coeficiente de troca térmica (U, K ou OHTC ) “tabelado” e acreditam que está feito o cálculo; doce engano. Os valores tabelados são utilizados no início do dimensionamento para posterior verificação/comparação entre o valor adotado inicialmente com o calculado, sim o valor deve ser calculado e caso seja muito diferente do inicial, devemos modificar o trocador de calor (Diâmetro, Nº de Tubos, comprimento etc.), para refazer os cálculos e avaliar

Vinhaça

Além do cálculo adequado das alturas (H1, H2, H4, H Aquec  e HEvap), o dimensionamento do termossifão deve também considerar as bitolas de entrada e de saída juntamente com a perda de carga nos tubos para poder operar adequadamente. Na próxima edição do FOX na Usina abordaremos o aquecimento indireto com evaporador Falling Film tubular e faremos uma comparação entre os 4 tipos de aquecimento apresentados com as vantagens e desvantagens de cada um. um .

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Álvaro Salla