Produção de Etanol a partir de Milho, conceitos e operação

por | jul 20, 2019

Oslei Aparecido dos Santos é químico industrial e atuou em cargos de supervisão e coordenação de produção em usinas de etanol. Atualmente é consultor na área. Texto originalmente publicado no Linkedin Pulse. Email de contato do Oslei para eventuais consultorias: osleisantos@yahoo.com.br

Nota do BQIBR: texto modificado em 23/10/20, devido a quebras de imagens e desaparecimento do texto original do Linkedin Pulse

A produção de etanol a partir do milho vem crescendo a cada ano, principalmente no estado do Mato grosso, algumas usinas denominada flex, que podem moer milho e cana, estão em alta, a produção de etanol do milho apresenta algumas vantagens em relação a cana, por exemplo manter a moagem o ano todo, claro que com paradas programadas para manutenção, combustível para a caldeira e um estoque de milho. O processamento de milho é rentável visto que possui outros subprodutos da produção, o DDG, do inglês Distillers Dried Grain, que significa grãos de destilaria secos, que é procurado por criadores de gado, devido ser rico em proteínas e nutrientes, uma tonelada de milho pode produzir 430 litros de etanol, 550 kg de DDG, e 15 litros de óleo. O processo de produção em si é simples, porém requer muito cuidado, e acompanhamento nas operações unitárias, a instrumentação também ajuda bastante, visto que quanto mais automático, terá menos erro humano, menos mão de obra, ficando viável para a empresa.

ALFA AMILASE

A alfa amilase é uma enzima glicoproteica, sua função é de hidrolisar polissacarídeos, mais precisamente as ligações glicosídicas alfa 1,4. O amido é um polímero cujos monômeros são moléculas de glicose, e tem ligações glicosídicas alfa 1,4, e Alfa 1,6, e é nas ligações alfa 1,4 que a amilase atua.

No processo de produção de etanol a partir do milho, a alfa amilase é dosada no misturador, a temperatura do misturador deve estar entre 60° até 65°C, temperaturas muito altas nessa etapa, pode ocorrer formação de pelotas, ocasionando perda de rendimento.

Para facilitar o entendimento, imagine uma folha de papel sulfite A4, suponhamos que uma tesoura especifica tenha o poder de cortar essa folha em somente quatro partes iguais, é exatamente isso que a alfa amilase faz com o amido.

GLUCOAMILASE

A glucoamilase é utilizada na fermentação, é uma enzima que catalisa a quebra das ligações glicosídicas α -1,4 do amido e oligossacarídeos correspondentes liberando β-D-Glucose, também atua nas ligações α -1,6, deixando assim a glicose disponível no meio como substrato para que ocorra a fermentação, pegando um gancho no exemplo que mencionei da alfa-amilase, a glucoamilase pega o restante do papel sulfite e corta em pedaços menores, esses pedaços menores são as glicoses, a

CÁLCULOS

1-   Quantidade de água.

Formula = ton/h x (100 - umidade do milho) ÷ sólidos desejados.10 x (100 – 13) ÷ 25= 34,8 ton/h, que é a vazão total (milho mais água) dai você subtrai a vazão de milho que no nosso exemplo é 10, 34,8 – 10= 24,8 ton de água por hora, pode arredondar para 25 ton/h.

2-   Quantidade de enzima alfa amilase.

Dosagem recomendada é de 0,25kg/ton, como no nosso exemplo é 10 ton de milho, 10 x 0,25= 2,5kg. A densidade da alfa amilase é de 1,25Kg/l. D=m/v, substituindo e fazendo as manipulações algébricas: V= 2,5/1,25= 2 litros por hora, mas para facilitar o controle da dosagem da enzima, vamos converter por minuto, fazendo uma regra de três:

2l              60min

X               1min

Transformando para ml, 33,33ml/min, vamos arredondar para 34ml/min essa é a dosagem para a moagem exemplo, algumas usinas faz essa dosagem com bombas de diafragma, daí o operador de campo regula a dosagem com o auxílio de uma proveta de 50ml, e um cronometro, e acompanha essa dosagem a cada 15 minutos ou meia hora, isso depende da disponibilidade do operador, mais é de suma importância acompanhar essa dosagem, pois caso a bombinha mande menos que o necessário, não ocorrera a conversão desejada, e terá perda de rendimento na planta, caso esteja dosando enzima em excesso, também é desnecessário, principalmente economicamente, sabendo que a enzima alfa amilase é de preço elevado, deixando o preço de produção acima do necessário, por isso a importância de sistemas automáticos e acompanhamento, pois nosso objetivo é produzir com o menor custo possível.

COZIMENTO

Logo após o misturador, a mistura de farinha com água e enzima, vai para tanques de cozimento e liquefação, nessa etapa o objetivo é dar o tempo para a ação da enzima no amido, para isso deve-se manter os parâmetros ótimos para obter maior eficiência da ação da enzima, ph entre 5 e 5.8, agitação constante, tempo de retenção de 1,5 horas até 3 horas, aqui também acompanha a taxa de conversão, que deve ser a mais alta possível, mas segundo consultores, acima de 75% já é satisfatório, a conta é simples, o laboratório faz analises periódicas de brix e sólidos do cozimento em andamento, a taxa de conversão é brix/sólidos x 100, exemplo: brix 20, sólidos 25%, 20/25= 0,80 x 100 = 80%.

Manter a temperatura em torno de 82°C até 86°C, temperaturas abaixo de 82°C, ocorrerá alto teor de amido residual, pois a ação da enzima fica mais lenta, temperaturas acima de 90°C desnatura a enzima (alfa-amilase), abaixo um gráfico sobre a temperatura ótima de atuação da enzima.

PROPAGAÇÃO

Para dar sequência no processo, é necessário preparar o fermento para receber o mosto de milho já cozido, o recomendado é propagar 10% do volume total, como base de cálculo vou utilizar um volume de 500m3, a propagação do fermento deve ser feita em um tanque ou cuba devidamente limpo, para evitar contaminação.

  •  Adicionar 15m3 de água tratada.
  •  Adicionar a levedura hidratada (20kg).
  • Adicionar 750 ml de bactericida.
  • Adicionar 10 m3 de mosto.
  • Adicionar 25 kg de Ureia.
  • Adicionar 2,1 litros da enzima glucoamilase
  • Adicionar mais 25 m3 de mosto.
  • Adicionar mais 25kg de ureia, 2,1litros da enzima glucoamilase, e 750ml de bactericida.
  • Manter a fermentação com agitação constante, aeração, temperatura entre 32 a 34°C, de 6 a 10 horas, até que o número de células/ml de fermento atingir 10^8 .

FERMENTAÇÃO

Logo após a propagação, o fermento é enviado para uma dorna, e mantido sob agitação constante, daí começa a alimentar com o mosto de milho, até atingir o volume desejado, que no nosso exemplo é 500 m3, durante a alimentação é acompanhado de hora em hora, brix, sólidos, gl, acidez, analises microbiológicas, e temperatura, manter sempre entre 32 a 34°C. Durante a fermentação, também é adicionado insumos, vamos fazer os cálculos:

  •  Enzima glucoamilase: recomenda-se 0,4kg/ton, o volume de mosto é de 450m3, e sólidos 25%, 450 x 0,25= 112,5 ton de milho. 112,5 x 0,4 = 45kg de enzima, a densidade da enzima glucoamilase é 1,2kg/litro, D=m/V , substituindo e fazendo as manipulações algébricas, V= 45/1,2 = 37,5 litros.
  • Bactericida 10ppm em cima do volume total de 500m3, fazendo a conta encontramos 5 litros.
  •  Ureia: 400ppm em cima do volume total, 500m3, fazendo a conta encontramos 200Kg.

Quando inicia a alimentação, dosamos 12,5 litros de enzima glucoamilase, 2,5 litros de bactericida, e 100kg de ureia, na metade da alimentação dosamos 12,5 litros da enzima glucoamilase, no final da alimentação dosamos 12,5 litros da enzima glucoamilase, 2,5 litros de bactericida, e 100kg de ureia, perceba que a enzima nos dividimos a dosagem total em três parte, pois assim observei uma melhor ação da enzima, há quem jogue o total tudo no início, ou em duas dosagens, daí cada planta tem que fazer testes e chegar a metodologia ideal, ureia e bactericida, dividimos em duas dosagens, inicio e fim de alimentação, apos atingir o volume desejado, a dorna é mantida sob agitação constante, e temperatura entre 32 a 34°C, o tempo é de 12 a 36 horas, o laboratório acompanha de hora em hora brix, sólidos, gl, dentre outras analises, percebe-se nessa etapa o gl subindo, brix e sólidos caindo, o fim da fermentação se dá quando o gl da dorna estabiliza, ou seja, repete por três ou quatro vezes o mesmo valor, essa metodologia que mencionei acima eu vivenciei em uma usina que produz etanol de milho, obtivemos 402 litros de etanol por tonelada de milho, fazendo a lição de casa certinho pode-se atingir 380 até 420 litros de etanol por tonelada de milho.

O objetivo desse artigo é propagar o conhecimento, essas dosagens e a forma que mencionei, foi uma experiencia minha, as dosagens das enzimas podem ser otimizadas de acordo com a tecnologia de cada planta, poucas usinas de etanol de milho por exemplo, fazem a recuperação do óleo, isso já inclui outra tecnologia enzimática.

Compartilhe este artigo:

Bioquímica Brasil

O movimento Bioquímica Brasil foi fundado em 2014 por egressos e estudantes dos cursos de Bioquímica.

bioquimicabr@gmail.com

Bioquímica Brasil

O movimento Bioquímica Brasil foi fundado em 2014 por egressos e estudantes dos cursos de Bioquímica.

bioquimicabr@gmail.com

0 comentários

Enviar um comentário

REDES SOCIAIS & CONTATO

FACEBOOK LINKEDIN INSTAGRAM

bioquimicabr@gmail.com

FACEBOOK
LINKEDIN
INSTAGRAM

bioquimicabr@gmail.com

Bioquímica Brasil ©. Divulgando a ciência Bioquímica desde 2014!