Fabricação de Álcool Automação

Processos de Fabricação de Álcool 

Automação nos aparelhos de destilação

A automação atualmente utilizada em destilarias de álcool envolve o controle de 2 pontos principais de controle operacional: pressão na base das colunas e temperatura no topo das colunas. A automação envolve também o controle escravo de alimentação do vinho,álcool hidratado, desidratante e o controle de nível pela retirada de vinhaça, flegmaça e, álcool anidro. A indicação da temperatura em múltiplos pontos completa a instrumentação do processo.

Recentemente, algumas usinas têm controlado diretamente a concentração na saída da coluna B ao  invés de inferi-la por intermédio da temperatura em um dos pratos da coluna B. Isso é devido à diminuição gradativa do preço deste tipo de sensor.

O diagrama de tubulação e instrumentação de uma parelho de destilação de álcool hidratado, também conhecido como diagrama P&ID ( piping and instrumentation diagram) é apresentado na figura 2.

Este figura apresenta a interconexão dos equipamento se a instrumentação utilizada para controlar um aparelho de destilação, seguindo a norma ISA 5S.1 para padronizar as simbologias e terminologias.

Pressão nas colunas

O controle de temperatura do líquido na base das colunas é realizado pela energia transferida do vapor nos trocadores de calor. 

A quantidade de energia fornecida ao líquido na base da coluna, depende da produção de álcool pela destilaria. 

O controle de pressão é mais adequado, pois, a variação da temperatura na base da coluna é pequena e o sinal de pressão tem melhor resolução na medida.

 A pressão da coluna A deve ser maior que a pressão da B que, por sua vez, maior que a C. Isso porque a vazão de uma coluna para outra é realizada justamente por esta diferença de pressão existente entre as colunas.

O controle de pressão deve ser realizado preferencialmente em cascata com o controle de vazão de vapor vegetal, desta forma, não se espera a variação da pressão de liquido da coluna devido aos distúrbios de vazão que o vapor vegetal possa apresentar no processo.

Uma configuração de controle PID em cascata é utilizada, onde se recebe os sinais de pressão da coluna e de vazão de vapor para atuar na válvula de vapor e assim, manter o  setpoitde pressão ajustado. Este controle é realizado para cada uma das colunas de forma independente.

Temperatura no topo das colunas

O controle da temperatura no topo das colunas é realizado pela automação da degasagem dos condensadores. 

O vapor do topo da coluna é condensado e retorna ao topo no estado líquido com temperatura reduzida e controlada. 

No caso da coluna A, o controle da temperatura no topo da coluna é realizado em cascata pela alimentação do vinho.

A temperatura na bandeja A16 é mantida pela quantidade de vinho adicionado e pela degasagem nos condensadores R e R1. 

O vinho é pré-aquecido no trocador de calor K, aproveitando assim o calor da vinhaça retirada da coluna A.

O controle de temperatura em cascata com o controle de vazão de vinho é necessário, pois, a alimentação do vinho está na interface com o processo de fermentação. 

Além disso, esta estratégia auxilia na ação de controle, pois tradicionalmente malhas de temperaturas são excessivamente lentas.

A degasagem nos condensadores E1 e E2 da coluna B deve ser automatizada (temperatura do refluxo), sendo lido pelo controlador a temperatura logo após a passagem pelos condensadores, calculado um sinal correspondente de vazão de água de resfriamento. 

De forma análoga as degasagens são automatizadas nos condensadores da coluna C. Nível das colunas

O controle de nível das colunas é realizado pela retirada de líquido. O controle PID é implementado  na válvula de retirada das colunas A e B. O controle PID de nível, em cascata com a vazão de álcool anidro é sugerido para a coluna C.

O controlador recebe o sinal de nível de líquido na coluna A e atua na válvula de retirada de vinhaça para manter o nível ajustado no  setpoint. Analogamente, um outro controlador atua na válvula de retirada de flegmaça para manter o nível da coluna B.

A retirada de álcool anidro da coluna C é controlada pela medição de um sinal de nível do liquido e vazão de álcool da coluna C. 

É realizado então o controle PID em função do  setpoitlocal de nível e calculado um sinal correspondente à vazão de saída  de álcool, que, internamente, é o  setpointdo controle PID escravo de vazão. 

O sinal de vazão é lido pelo controlador que então atua na válvula de retirada de

álcool anidro.

Retirada de álcool hidratado

O controle da retirada de álcool hidratado pelo topo da coluna B é realizado normalmente em função  da temperatura da bandeja B4.

 O teor alcoólico do álcool hidratado retirado da coluna B está relacionado com a temperatura de B4 pela curva de fase e concentração da mistura água-álcool em função da temperatura.

 O controle sugerido da temperatura de B4 é realizado  em cascata com o controle de vazão do álcool hidratado.