Comportamento numérico da extração de óleo de girassol, simulada em extrator de leito fixo, usando propriedades características determinadas de forma experimental

A grande demanda de extracao de oleos vegetais de sementes oleaginosas como girassol, soja e canola, para atender a alimentacao humana e a producao de biodiesel, esta em constante crescimento no Brasil e no mundo. Este processo requer o uso de metodos industriais de extracao por solvente, para obtencao do oleo, esse processo deve de ter uma velocidade aceitavel e eficiencia economica. Quase que na totalidade das industrias do Brasil e do mundo, utiliza o solvente hexano neste processo. Os extratores por solvente constituem-se de equipamentos onde a materia-prima continuamente entra e recebe banhos de solvente, ocasionando a migracao do oleo da semente para o solvente, que sai do extrator enriquecido pelo oleo. A essa mistura formada do solvente com o oleo extraido, da-se o nome de micela, que posteriormente e processada para que o oleo seja separado. Cada especie de semente oleaginosa e seu cultivo tem suas particularidades e precisa de previa preparacao para ingressar no extrator, visando uma extracao eficiente. Influenciam, tambem, no processo, a velocidade de operacao do equipamento e o volume de entrada de solvente e materia-prima no extrator. A verificacao da eficiencia do processo de extracao da industria e realizada inumeras vezes ao dia atraves da analise da concentracao de oleo existente na micela que sai do extrator. Se o percentual de oleo na micela esta abaixo do normal significa que esta sendo perdido oleo retido no residuo de materia-prima, causando prejuizos a industria. Tanto maior sera a perda financeira quanto for a demora na constatacao da ineficiencia citada. A extracao de oleos vegetais, por solvente em instalacoes industriais de grande escala, processam ate 15.000 toneladas de materia-prima por dia de operacao. O Brasil tem uma area industrial muito grande voltada a extracao de oleos vegetais, como oleo de soja, canola, milho, arroz e girassol. Estas industrias de oleo usam instalacoes continuas de grande porte, com predominância de extratores de extracao por solvente do tipo “Rotocell”, “De Smet” e “Crow-Model”. Percebe-se entao a necessidade de modelos matematicos que descrevem este processo com eficacia, de forma a poder otimizar os equipamentos e o processo de extracao. Para a modelagem dos processos de extracao nesses equipamentos, faz-se necessario o entendimento de extratores de complexidade menor como o extrator de “Leito-Fixo” equipamento laboratorial, pois em geral os extratores assemelham-se ao leitofixo, atuando em um sistema contra-corrente cruzado. Majumdar, et al [1] e Moreira [2] desenvolveram modelos matematicos para um extrator leito-fixo, que levam em conta caracteristicas da materia-prima, tais como: porosidades das fases bulk e poro, constante de equilibrio, area de contato, diâmetro da particula. Considerando que a bibliografia apresenta dados incompletos e divergentes relativos as materias-primas, porem estes dados sao necessarios a modelagem dos equipamentos. Portanto, neste trabalho desenvolveu-se um equipamento laboratorial do tipo leito fixo, atraves de apoio do projeto de pesquisa Modelagem Matematica dos Processos em Extratores de Oleo Vegetal pelo Instituto Federal Farroupilha, o qual permite determinar caracteristicas da materia-prima, que nao se encontram na literatura, apresenta-se neste, dados relativos a materia-prima girassol que sao praticamente inexistentes. Assim, apresenta-se aqui a determinacao experimental de dados utilizados como parâmetros nos modelos matematicos, tais como: porosidades das fases poro ( p ) e bulk ( b ); do coeficiente de equilibrio entre as fases poro e solida dE ; das massas especificas do solvente ( he ), da materia-prima ( MP ) e o diâmetro da particula (dp). No modelo de leito fixo que esta ligado a extracao de oleo, os fenomenos considerados sao: transferencia do oleo contido na fase solida para a fase poro; percolacao da micela pela materia-prima; transferencia do oleo da fase poro para fase “bulk” e difusao pela coluna. As hipoteses simplificadoras implantadas no modelo matematico sao as seguintes: no interior da particula, na fase poro, a concentracao de oleo e uniforme; nao existe gradientes de concentracoes radiais na fase “bulk”; as porosidades das particulas e do leito sao constantes e uniformes; a temperatura e constante e uniforme; durante o processo de extracao nao ha geracao de calor na mistura; o solvente nao penetra na fase poro; as paredes celulares da materiaprima estao totalmente rompidas.   Atraves do modelo matematico desenvolvido por Thomas, et al.[3], [4] e [5], que e composto por quatro equacoes, em derivadas ordinarias e parciais unidimensionais evolutivas, representando as variacoes da vazao da fase “bulk”, a alteracao das concentracoes de oleo das fases poro e “bulk” durante a extracao e a evolucao da concentracao media da micela no reservatorio. A partir destas, foram realizadas simulacoes numericas envolvendo o regime transiente e estacionario que revelam propriedades do campo de extracao, podemos observar o comportamento numerico da extracao de oleo de girassol, em um extrator de leito fixo. Estes resultados sao comparados aos obtidos durante a extracao do extrator laboratorial de leito fixo e, tambem, com os resultados obtidos com os do equipamento “Rotocell” de uma industria da regiao Noroeste do Rio Grande do Sul. Os resultados obtidos com a determinacao experimental de dados caracteristicos da materia-prima girassol e a possibilidade de simulacao numerica atraves de modelos matematicos, estabelece parâmetros para melhor desempenho dos extratores de pequeno e grande porte. Esses dados permitirao um estudo da viabilidade economica e otimizacao do processo industrial, com vistas a agregar valor a producao, transformando a safra de oleaginosa em oleo comestivel ou biodiesel.