070512 MATERIA PRIMA prara alcool

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MATÉRIAS - PRIMAS DA 
FERMENTAÇÃO ETANÓLICA.
Prof.Clóvis Parazzi
Universidade Federal de São Carlos
Centro de Ciências Agrárias
ÁLCOOIS COMBUSTÍVEIS
R R
O C=C O
R R 
C alquenos C 
R OH R R’ O
ácidos cetonas 
carboxílicos
C
R H
aldeído
RX ROH ROR’
halogenetos Álcool éter
de alquila
Os álcoois ocupam uma posição central na química orgânica. São obtidos e também 
podem dar origem a outras funções (alquenos, ésteres, éter, ácidos, aldeídos, etc
O 
C
R OR
éster
ÁLCOOIS COMBUSTÍVEIS
Álcool ? composto orgânico em que um átomo de H, de um 
alcano é substituído por um grupo hidroxila, OH.
CH4 ? CH3OH (METANOL) 
CH3CH3? CH3CH2OH (ETANOL) 
Aplicações ? combustíveis e reagente químico.
ÁLCOOL ETÍLICO
?O ETANOL ? CH3CH2OH 
?Propriedades
? Incolor 
? inflamável → (CH3CH2OH + 3 O2 → 3 H2O + 2 CO2)
? Odor...... característico. 
? Ponto de fusão.....-111,8°C 
? Ponto de ebulição............. 78,32°C. 
? Densidade a 20ºC........................0,7894
Miscível em água e em outros compostos orgânicos. 
VIAS DE OBTENÇÃO 
a) Metanol 
? Obtido a partir da destilação da madeira. 
(aquecimento da madeira a altas temperaturas 
e na ausência de ar). Álcool da madeira.
? Hidrogenação catalítica do monóxido de 
carbono à temperaturas e pressões elevadas, 
em torno de 300 - 400°C e 200 - 300 atm.
CO + 2H2 ?CH3OH
VIAS DE OBTENÇÃO 
b) Etanol
? Via Sintética – subprodutos do petróleo
?Via fermentativa
C6H12O6 ? 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 23,5 Cal.
Glicose Etanol gás carbônico energia 
etileno etanol
FbP
2 ATP
DHAP GAP
NAD
NADH
2 ATP
PIRUVATO
ACETALDEÍDO
CO2
NADH
NAD
GLICOSE TREALOSE
GLICEROL
AMINOÁCIDOS
ÁCIDOS ORGÂNICOS
ETANOL ACETATO
PROTEÍNAS
BIOMASSA
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
(LEVEDURAS)
Sacarose
Glicerol
Etanol
Ácidos 
orgânicos
MATÉRIAS - PRIMAS
a) AMILÁCEAS E FECULENTAS
? Amido ? cereais 
? Féculas ? raízes e tubérculos
b) CELULÓSICAS
? Lenhosas ? madeiras
? Resíduos sulfíticos ? lixivia
? Bagaço de cana e palha
c) AÇUCARADAS
? Diretamente fermentecíveis ? trioses, tetroses e 
hexoses (sucos de frutas, mel de abelha, etc.).
? Não diretamente fermentecíveis ? sacarose, 
maltose, rafinose ( cana, beterraba, sorgo)
? Mistas ? melaço
TRANSFORMAÇÕES
(Não Diretamente Fermentecíveis)
a) Sacarose
C12H22O11 + HOH → C6H12O6 + C6H1206
(glicose) (frutose)
b) Maltose
CH12H22O11 + HOH → C6H1206 + C6H1206
(glicose) (glicose)
c) Melibiose
C12H22011 + HOH → C6H1206 + C6H1206
(Glicose) (galactose)
d) Rafinose
C18H32016 + HOH → C6H1206 + C6H1206 + C6H1206
(galactose) (glicose) (frutose)
TRANSFORMAÇÕES
(Polissacarídios)
e) Amido
(C6H10O5)n + n HOH → n C6H12O6 (ácidos /enzimas)
(glicose)
C6H1005 + n HOH → C12H22O11 + 2 (C6H1005)n (malte)
(maltose) (dextrinas limites)
f) Celulose
(C6H10O5)n + n HOH → n C6H12O6 ( ácidos/enzimas)
(glicose)
g) Pentosanas
(C5H8O4)n + n HOH → n C5H10O5
(pentoses ?arabinose/xilose)
h) Hemicelulose
(C6H10O5)n , (C5H8O4)m + n + m HOH → n C6H12O6 + m C5H10O6
(glicose) (arabinose)
+ m (C5H10O5) + n C6H12O6
(xilose) (galactose)
DISSACARÍDEOS
POLISSACARÍDEOS
A MOLÉCULA DE AMIDO
a. AMILOSE (cadeias simples)
? PESO MOLECULAR PODE CHEGAR ATÉ 500.000. 
? HIDRÓLISE ? ENZIMA α-AMILASE AO ACASO 
LIGAÇÕES (α 1-4) ? GLICOSE.
b. AMILOPECTINA (cadeias ramificadas)
? PESO MOLECULAR ATÉ 1.000.000.
? HIDRÓLISE ? ENZIMA α-AMILASE? ligações (α 1-4)
? ENZIMA AMILOGLICOSIDASE ? ligações (α 1-6)
α (1-4)
α (1-6)
D - Glicose
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE AMIDO
AMILOSE
AMILOPECTINA
COMPARAÇÃO ENTRE A MOLÉCULA DA AMILOPECTINA NO AMIDO 
E NO GLICOGÊNIO.
A MOLÉCULA DE CELULOSE
? POLISSACARÍDEO
?FORMADO POR MOLÉCULAS DE D-GLICOSE,
? COMPOSTA POR CADEIA LINEAR (β 1-4),
? FUNÇÃO ESTRUTURAL.
? HIDRÓLISE
?ENZIMAS CELULASES ?ligações (β1-4).
Características Sorgo Sacarino Cana-de-açúcar
Ciclo vegetativo 120 a 130 dias 12 e 18 meses
Rendimento (t/ha) 48,0 65,0
Umidade % 67,9 68,7
Açúcares Redutores (%) 5,6 3,0
Açúcares Redutores totais (ART/ t) 96,3 105,0
Álcool a 100º GL (L/t) 62,4 67,9
Fonte: TEIXEIRA Fonte: TEIXEIRA etet al., 1997 (al., 1997 (CiencCienc. . TecnolTecnol. . AlimAlim., v.17,n.3, 1997) ., v.17,n.3, 1997) 
MATÉRIA-PRIMA PARA A PRODUÇÃO DE ÁLCOOL
(Características)
ÁLCOOL DE MILHO
? O custo do produto (Álcool), 
? EUA – U$ 1,10 a 1,40/galão (3,785L).
? Brasil – U$ 0.65 a 0,85/galão.
? Ganhos de ordem ambiental (UNICA, 2005)
(unidade de energia gerada por cada unidade de energia 
fóssil gasta na produção)
? Alcooll de milho - são geradas 1,2 a 1,4 unidades de 
energia.
? Cana-de-açúcar – são geradas de 8 a 10 unidades de 
energia ( 700%).
Características Gerais do Milho
• Um dos cereais mais cultivados 
no mundo.
• Composição : carboidratos, 
proteínas, vitaminas, sais 
minerais, óleos, açucares, 
gorduras, celulose e calorias.
Produção do Álcool de Milho
?Etapas
? Recebimento, Controle e Limpeza 
remoção de materiais estranhos (pedaços de sabugo, partículas 
metálicas, pó);
? Maceração ou Amolecimento
O milho limpo é transportado para grandes tanque de maceração. 
Durante a maceração, os componentes solúveis são extraídos do grão. 
O milho já amolecidos passam por moinhos de baixo atrito, são quebrados, 
perdem a película e liberam o germe do endosperma.
Produção do Álcool de Milho
Produção do Álcool de Milho
? Separação do Gérmen
O germe, nesta etapa, contém de 40 a 50% de óleo, ele 
é mais leve do que o endosperma e a película, é separado 
pela força centrifuga (hidrociclones).
O germe limpo que foi separado, é secado e o óleo 
cru removido através de prensas mecânicas e/ou extração 
com solventes. 
Produção do Álcool de Milho
?Moagem e Peneiração
Película + 
Endosperma
Trituração e 
Filtragem 
(Moinhos de
Impacto)
Amido/Glúten
Separadores de Amido
Mistura 
Remanescente
? Separação do Amido
A massa fluída de água de amido e glúten é separada 
por centrifugação. 
A maior parte segue para produção de xaropes de milho e 
dextrose
Produção do Álcool de Milho
O amido, com ainda 1 ou 2 % de proteínas é O amido, com ainda 1 ou 2 % de proteínas é 
diluído e lavado (de 8 a 14 vezes), em diluído e lavado (de 8 a 14 vezes), em 
hidrocicloneshidrociclones até remoção total de proteínas,até remoção total de proteínas,
chegandochegando--se assim a um amido de alta se assim a um amido de alta 
qualidade, tipicamente qualidade, tipicamente 99,5% puro99,5% puro..
Produção do Álcool de Milho
? O tratamento com outra enzima (glicoamilase) continua o processo de conversão. 
No processo, os refinadores podem parar a ação ácida ou enzimática, em pontos 
determinados, para obter as misturas certas de açúcares com dextrose e maltose 
para os xaropes atenderem a diferentes finalidades.
?? Conversão do Amido
Amido 
(suspenso H2O)
Ácido/enzima α- amilase
Dextrose
(Solução com baixo
teor)
conversão
? Fermentação ? DEXTROSE ? AÇÚCARES
? A dextrose é, de todos os açúcares, um dos mais 
fermentáveis. 
? Após a conversão do amido a dextrose é enviada a fermentação 
onde é convertida em álcool em processo tradicional de 
fermentação por leveduras ou outros bioprodutos obtidos por 
fermentação bacteriológica. 
? Após fermentação, o caldo resultante é destiladospara 
recuperar álcool ou concentrado por separação com membrana 
para produzir outros bioprodutos.
? O dióxido de carbono da fermentação é recuperado para venda 
e os nutrientes restantes após a fermentação são utilizados como 
componentes de ingredientes para nutrição animal.
Produção do Álcool de Milho
Produção do Álcool de Milho
BAGAÇO 
INTEGRAL FIBRA MEDULA
CELULOSE % 46,6 47,7 41,2
HEMICELULOSE % 25,2 25,0 26,0
LIGNINA % 20,7 19,5 21,7
LIGNOCELULÓSICOS 45%
SÓLIDOS INSOLÚVEIS 2-3%
SÓLIDOS SOLÚVEIS 2-3%
UMIDADE 50%
??COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE CANACOMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE CANA
Produção do Álcool de BagaçoProdução do Álcool de Bagaço
Fonte: Russel, 2007.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS RESÍDUOS DA COLHEITA DE CANA
CELULOSE 45,1%
HEMICELULOSE 25,6%
LIGNINA 12,7%
OUTRAS MATÉRIAS 
ORGÂNICAS 4,3%
CINZA 8,0%
UMIDADE 9,7%
PALHA DE CANA
Fonte: Russel, 2007.
HIDROLISE DE MATERIAL 
LIGNOCELULÓSICOS
REQUERIMENTOS PARA AS 
MATERIAS PRIMAS BAIXO CUSTO
DISPONIBILIDADE
NO BRASIL A MATERIA PRIMA MAIS 
APROPRIADA É O BAGAÇO DE CANA
(FUTURAMENTE A PALHA)
NÃO REQUER PREPARO DEMASIADO
ESTA DISPONIVEL EM GRANDES VOLUMES
ESTANDO DISPONIVEL NO LOCAL NÃO 
ENVOLE CUSTOS ADICIONAIS DE 
TRANSPORTE
SEU CUSTO É COMPARATIVAMENTE MENOR
COMPOSIÇÃO DO
BAGAÇO DE CANA
HEMICELULOSE
CELULOSE
LIGNINA
Produção de Etanol
P R O CES S OS D E H ID R ÓLIS E
Hidrólise 
Química
Hidrólise 
Enzimática
Pré-tratamentos
Solvente
orgânico
Ácido
concentrado
Ácido
diluído
TECNOLOGIA
DHR
Produção de Etanol de Bagaço ou Palha
Conversão de Ligno-celulósicos em Etanol
Fonte: Russel, 2007. (CDM) -conversão direta pelo microorganismo
(SFS) - sacarificação e fermentação simultânea.
REATOR
TQ. PREPARO DE 
HIDROSSOLVENTE
COLUNA 
RECUP. DE 
ETANOL
FERMENTAÇÃO
BALÕES 
DE 
FLASH
CONDENSADORESETANOL
BAGAÇO
H2SO4
TANQUES 
LIGNINA
Produção de Etanol – PROCESSO DHR
INTEGRAÇÃO DHR
DESTILARIA DE ÁLCOOL
OU USINA DE AÇÚCAR COM DESTILARIA ANEXA
(PROCESSO TRADICIONAL OTIMIZADO 
ENERGETICAMENTE)
DHR
ÁLCOOL
CANA
PALHA
EFLUENTE
BIOGÁS
PALHA ENERGIAVINHAÇA
ENERGIA EXCEDENTE
BAGAÇO
+ PALHA
HIDROLISADO
LIGNINA
ENERGIA
AÇÚCAR
BIODIGESTÃO CALDEIRA +TURBOGERADOR
Fonte: Russel, 2007.
Hidrólise de Bagaço
FONTE: Didini S/A Indústrias (Química e derivados, 2006)
FASES/ 
RENDIMENTOS
Hexoses Pentoses Hexoses Pentoses Hexoses Pentoses
Sacarificação (%) 82 82 82 82 90 90
Fermentação (%) 90 - 90 62 90 82
Destilação (%) 99 - 99 98 99 98
Álcool (L/t) 109 - 109 41 120 60
Álcool Total (L/t) 109 150 180
MELAÇO
Variabilidade de composição do melaço em Usinas de açúcar
Valores observados 
SÃO PAULO (1) ALAGOAS (2) ELEMENTO 
Médio Mínimo Máximo Médio Mínimo Máximo 
Água, % 17,3 8,2 26,8 
Sólidos Totais, % 82,7 73,2 91,8 
Brix, % 80,0 65,0 88,0 78,61 76,77 83,30 
Pureza % 65,0 56,0 76,0 46,54 40,41 55,67 
Sacarose, % 52,0 47,0 64,0 
Glicose, % 12,0 6,0 20,0 
Frutose, % 9,0 5,0 17,0 
Açúcares redutores, % 6,0 4,0 12,0 16,20 14,45 18,03 
Açúcares totais, % 65,6 52,1 72,1 54,73 51,11 61,09 
Gomas, ppm - 0,0 2000 
Subst. Red. Infermentescíveis, % 0,3 0,1 0,5 
Matéria nitrogenada, ppm - 100 300 
Acidez sulfúrica, % 0,30 0,18 1,2 
PH 6,3 5,0 6,8 
Cinzas, % 5 3,5 7 
P2O5 0,05 0,01 0,15 0,07 0,02 0,14 
K20 2,1 1,23 2,68 3,51 2,93 4,52 
CaO 0,36 0,14 0,73 1,36 0,93 2,03 
MgO 0,12 0,03 0,6 1,03 0,60 1,31 
SiO2 0,58 0,56 0,62 
Fe2O3 0,32 0,28 0,56 
SO3 1,17 1 1,19 
Cl 0,18 0,14 0,28 
Na2O 0,12 0,11 0,19 
Vitaminas A, B1 e B2 Variável 
 
Fonte: Síntese de publicações da Copersucar - (1) e (2) - Vasconcelos, 1985
Idade (meses) Índices 0 1 2 3 4 5 6 7 
Brix 89.2 88.9 88.6 88.4 88.2 87.0 88.0 88.0 
Sacarose 37.8 37.3 37.0 36.2 35.8 35.4 35.1 35.0 
Glicose 11.5 11.0 10.7 10.5 10.3 9.8 10.5 10.1 
Açúcares 
totais 
49.2 48.3 47.7 46.7 46.0 45.2 45.6 45.6 
pH 5.9 5.7 5.6 5.5 5.3 5.3 5.2 5.2 
Perdas de açúcares totais: 3,67% 
 
COMPOSIÇÃO DO MELAÇO EM FUNÇÃO 
DO TEMPO DE ARMAZENAMENTO (Silva, 2003).
? Açúcar: 12-18%
? Fibra: 12-14% - sem computar os resíduos de colheita.
? Cera 0,1-0,3%
? Cinza: 2-3%
Produção do Álcool da CanaProdução do Álcool da Cana--dede--AçúcarAçúcar
CANA-DE-AÇÚCAR
RECEPÇÃO/
PREPARO EXTRAÇÃO
GERAÇÃO DE
VAPOR e
ELETRICIDADE
PROCESSO
ÁLCOOL
PROCESSO
AÇÚCAR
MELAÇOBAGAÇO
CALDO
AÇÚCAR
ÁLCOOL
VINHAÇA
CANA CALDO
? PRODUÇÃO DE AÇÚCAR E ÁLCOOL.
? PRODUÇÃO DE AÇÚCAR E ÁLCOOL
Conversão da Sacarose da Cana
Usina de açúcar
•Açúcar: 120 kg/TC
•Ethanol do melaço: 7 l/TC
Açúcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)
•Açúcar: 67 kg/TC
•Etanol: 42 l/TC
Etanol (Destilaria Autônoma)
•Etanol: 85 l/TC
ENERGIA RENOVÁVEL
a) ?BÁCTÉRIAS RECOMBINANTES
Etanol ⇒ hidrolisado de bagaço, palhas, etc. 
Escherichia coli (Applied and Environmental Microbiology, 1989)
b) ?ETANOL PARA PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO
Hidrogênio ⇒ gerar eletricidade ⇒ motor elétrico ⇒
veículos(IFGW, 2006).
c) ? BIODIESEL (Conversão de óleos ou gorduras em ésteres)
Óleo + Metanol ⇒ Ésteres Metílicos + Glicerol
Óleo + Etanol - Ésteres Etílicos + Glicerol.
F I M
Clóvis Parazzi
E-mail: parazzi@cca.ufscar.br
	MATÉRIAS - PRIMAS DA FERMENTAÇÃO ETANÓLICA.
	ÁLCOOIS COMBUSTÍVEIS�
	ÁLCOOIS COMBUSTÍVEIS
	ÁLCOOL ETÍLICO
	VIAS DE OBTENÇÃO �
	VIAS DE OBTENÇÃO �
	MATÉRIAS - PRIMAS
	TRANSFORMAÇÕES�(Não Diretamente Fermentecíveis)
	TRANSFORMAÇÕES�(Polissacarídios)
	ÁLCOOL DE MILHO
	Características Gerais do Milho
	Produção do Álcool de Milho
	Produção do Álcool de Milho
	Produção do Álcool de Milho
	Produção do Álcool de Milho
	Produção do Álcool de Milho
	Produção de Etanol
	Produção de Etanol de Bagaço ou Palha
	Hidrólise de Bagaço�FONTE: Didini S/A Indústrias (Química e derivados, 2006)
	Conversão da Sacarose da Cana
	ENERGIA RENOVÁVEL