Processos Químicos Industriais Agroindústria e Indústria Madeireira Óleo de Soja Sucroalcooleira Laticínios Sucos Celulose e Papel

PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS AULA 6 Prof Marcos Baroncini Proença 2 CONVERSA INICIAL Em conteúdos anteriores foram apresentados os fundamentos dos Processos Químicos Industriais desde sua definição até os tipos de processos formas de representação instrumentação e tipos de controle usados em suas plantas industriais iniciando assim a construção do conhecimento nesta importante área Também foram discutidos os conceitos envolvidos no balanço de massa de um processo químico industrial com apresentação de exemplos aplicados Igualmente foram abordados os conceitos termodinâmicos e de balanço de energia com exemplos de aplicações Depois tratamos dos Processos Químicos Industriais Orgânicos destacando a Petroquímica Tintas e Vernizes Farmacêutica Plásticos e Bebidas Por fim estudamos os Processos Químicos Inorgânicos que englobam diversas indústrias com foco na Indústria do Cimento Siderúrgica Indústria do Nitrogênio Fósforo e Potássio Indústria do Cloro e Soda e Indústria de Ácidos Inorgânicos como Sulfúrico e Clorídrico Agora abordaremos os Processos Químicos Industriais relacionados à agroindústria e à indústria madeireira com destaque para a indústria do óleo de soja sucroalcooleira de laticínios de sucos celulose e papel Reforçamos a importância de que o aluno desenvolva este conhecimento para ter boas chances de crescimento profissional nesta área industrial Figura 1 Indústria de celulose e papel Créditos rafaelnlinsShutterstock 3 TEMA 1 INDÚSTRIA DO ÓLEO DE SOJA A soja é senão o produto agrícola mais antigo um dos mais antigos que a humanidade conhece sendo que os primeiros registros de seu plantio para a alimentação são de 2838 anos AC na região do rio Yangtzé da China O segundo Imperador Chinês Shennong Divino Agricultor também conhecido como Imperador Vermelho é considerado um dos três Soberanos Imperadores de 5000 anos atrás A ele é atribuído o ensino ao povo chinês de práticas de agricultura e o uso de medicamentos à base de plantas Em seus ensinamentos classificou a soja como uma das 5 plantas sagradas na época ao lado do arroz do trigo da cevada e do milheto Figura 2 Shennong Crédito Xu JetianCCPD No ocidente o cultivo da soja iniciou no século XV na Inglaterra França e Alemanha mas não para fins de alimentação e sim de ornamentação Só após 500 anos o ocidente percebeu o valor da soja na alimentação No final do século XIX e início do século XX os americanos conseguiram desenvolver novas variedades de soja com teor de óleo mais elevado iniciando o seu cultivo comercial Daí para frente seu cultivo foi se expandindo até chegar aos patamares atuais 4 A cultura de soja iniciou no Brasil em torno de 1882 como objeto de estudo do Professor Gustavo Rodrigues Pereira Dutra da Escola Agrícola da Bahia Em torno de 1892 o Instituto Agronômico de Campinas IAC no Estado de São Paulo iniciou estudos para seu cultivo com objetivo de usar a planta como forrageira e também no rodízio de culturas Figura 3 Professor Gustavo Rodrigues Pereira Dutra Crédito CCPD Somente a partir da década de 40 que o seu cultivo adquiriu importância econômica tendo em 1941 seu primeiro registro no Anuário Agrícola do Rio Grande do Sul onde constava uma área cultivada de 640 hectares com produção de 450 toneladas Também em 1941 foi instalada a primeira indústria processadora de soja do País em Santa Rosa RS Atualmente a soja é considerada uma das grandes commodities mundiais sendo o Brasil o maior produtor de soja do mundo com a maior parte destinada à exportação O processo químico industrial para a obtenção do óleo da soja é realizado através da extração com solvente hexano Durante a extração o óleo contido dentro de organelas celulares chamadas corpos lipídicos é solubilizado pelo hexano junto com substâncias não triglicerídicas apolares que seguem junto e compõem o óleo bruto o qual posteriormente é refinado e segue para expedição As etapas do processo de extração do óleo de soja são as seguintes 5 Prélimpeza a prélimpeza é feita utilizando peneiras vibratórias e aspiração de ar que separam impurezas como pedras partículas do solo talos e folhas provenientes da colheita dos grãos de soja Figura 4 Peneira vibratória Crédito Jefferson Schnaider Secagem a secagem dos grãos é realizada em secadores de soja verticais que possuem sistema de ventilação permitindo a entrada do calor externo para dentro da torre de secagem além do monitoramento de temperatura A função da secagem é controlar a umidade dos grãos em torno de 9 a 10 para minimizar a atividade enzimática e o crescimento de fungos e bactérias responsáveis pela degradação dos grãos gerando compostos lipossolúveis que contaminam o óleo afetando a cor o odor e o sabor 6 Figura 5 Secador Crédito Wasteresley Lima Armazenagem o armazenamento dos grãos de soja é feito em silos verticais Limpeza no processo de limpeza os grãos passam por peneira de limpeza e peneira de limpeza fina com sistema de aspiração de cascas Pesagem após o processo de limpeza os grãos passam por uma balança de fluxo para o controle do processo 7 Quebra a quebra dos grãos é realizada em moinhos de rolos de superfície raiada que giram com velocidades diferentes quebrando os grãos O moinho de rolos é composto por dois pares de rolos raiados sendo o primeiro com menor número e maior profundidade de raias que quebra os grãos ao meio e o segundo com maior número e menor profundidade de raias que quebra os grãos na quarta e oitava partes Esta redução de tamanho melhora o rendimento nos processos de laminação e condicionamento subsequentes Figura 6 Moinho de rolos para quebra de grãos de soja Crédito Jefferson Schnaider Descascamento o descascamento é realizado em um sistema ventiladorciclone no qual as cascas juntamente com impurezas e grãos quebrados pequenos são aspiradas e saem pela parte superior enquanto os grãos quebrados caem por gravidade A matéria aspirada segue para uma peneira vibratória com duas telas responsável por separar os grãos que retornarão ao processo das impurezas e cascas Após a peneira as cascas e impurezas passam por um segundo sistema ventiladorciclone para recuperação dos grãos que foram arrastados com as cascas e impurezas os quais retornam ao processo As cascas e impurezas seguem geralmente para um moinho de martelos com a finalidade de reduzir seu volume e serem armazenadas 8 Condicionamento o condicionamento dos grãos é feito em condicionadores do tipo rotativo horizontal ou vertical que aquecem os grãos quebrados a uma temperatura de 65C a 70C e reduzem sua umidade para cerca de 10 Esse condicionamento além de melhorar o rendimento da laminação posterior aumenta a fluidez do óleo contido nos grãos facilitando sua dissolução pelo hexano Nos condicionadores rotativos horizontais os grãos passam por um corpo cilíndrico rotativo apoiado sobre roletes e são aquecidos indiretamente por um feixe de tubos internos onde circula vapor Nos condicionadores verticais mais usados no processo conhecidos pelo nome de Chaleira os grãos passam por um duto cilíndrico estático vertical com pratos que dividem este corpo em várias câmaras sendo que neste duto há um agitador central vertical com facões mexedores que movimentam os grãos para que ocorra um aquecimento uniforme Este aquecimento é feito de forma indireta por camisas de vapor nos pratos e no duto Figura 7 Condicionador rotativo horizontal Crédito SHW Automação 9 Figura 8 Condicionador rotativo vertical Crédito SHW Automação Laminação no processo de laminação os grãos quebrados passam por um laminador com dois rolos lisos que operam na mesma velocidade de rotação com pressão de esmagamento entre 50 kgfcm² e 70 kgfcm² Os grãos são convertidos em flocos com espessura entre 020mm e 045mm com um diâmetro equivalente entre 10mm e 30mm Com isso a superfície exposta dos grãos aumenta diminuindo o caminho de percolação do solvente e facilitando a solubilização do óleo no processo subsequente de extração Expansão embora não seja obrigatória a expansão é bastante usada no Brasil por aumentar a capacidade dos grãos de permitir a percolação aumentando a velocidade e eficiência da extração Os flocos gerados nos laminadores sofrem um processo de extrusão em equipamentos chamados expander gerando collets que são frágeis e devem seguir para um secador a frio para processo de resfriamento e diminuição da umidade que os torna mais fortes A massa extrudada sai a uma temperatura aproximada de 55C e com uma umidade entre 9 e 10 seguindo para a extração O Expander é um tubo cilíndrico horizontal contendo um eixo central com hélices intermitentes No corpo do tubo há vários raspadores fixos que se encaixam nos vãos entre as hélices produzindo o amassamento e cisalhamento dos flocos Ao longo do expander há pontos de injeção de vapor diretamente nos flocos e matéria amassada e cisalhada para elevar sua temperatura e umidade a fim de facilitar a extrusão A extrusão ocorre na extremidade de saída do tubo através de 10 um espelho perfurado ou de um cone ranhurado com regulagem hidráulica A matéria é extrudada sob alta temperatura e pressão sendo que ao sair do expander passa para uma pressão atmosférica de imediato o que leva a uma vaporização e expansão que formam pellets esponjosos collets Figura 9 Expander Crédito SHW Automação Extração a extração com solvente é feita pela imersão dos collets ou dos flocos laminados em hexano para a solubilização do óleo por um processo de percolação do solvente formando uma mistura chamada micela e tendo como resíduo o farelo Esta extração é feita em diversas etapas para separar micelas com menor teor de óleo de soja daquelas com maior teor Nestas etapas a imersão contínua e uma sucessão de lavagens permite um controle bastante eficiente do tempo de extração Há diversos tipos de extratores comerciais podendo ser classificados nos seguintes tipos Extrator rotativo é formado por um rotor de peça única com uma parede tubular interna e externa afixadas por um eixo central O espaço entre as paredes é dividido em células separadas por divisórias cônicas radiais formando várias câmaras O rotor faz com que o conjunto se mova com velocidade baixa visando que o fluxo contínuo de material preencha cada câmara até o nível de operação programada Nestas câmaras acontecerá a percolação e extração com o solvente A micela gerada segue para uma tremonha onde será transportada para o processo de recuperação do solvente 11 O extrator rotativo pode ser de fundo móvel ou de fundo fixo O extrator rotativo de fundo móvel possui no fundo comportas com rodilhos que se movem junto com o rotor Ao chegar sobre a tremonha a comporta abre para a descarga a micela Após passar pela tremonha a comporta é fechada mecanicamente estando pronta para ser reabastecida O extrator de fundo fixo possui no fundo barras em perfil de V que fazem a raspagem das micelas quando as células passam por elas Figura 10 Extrator rotativo Crédito Wasteresley Lima Extrator de esteira perfurada é um extrator horizontal onde sobre uma esteira transportadora perfurada de baixa velocidade na qual em uma extremidade os flocos são alimentados e na outra o solvente puro é alimentado por pulverização Há um regulador de altura conectado ao sistema de alimentação garantindo uma altura de flocos compatível com o processo de percolação e extração pelo solvente A micela resultante cai por um sistema raspador e funil sob a esteira e através de uma bomba é elevada e pulverizada novamente sobre os flocos na seção seguinte sobre a esteira e assim subsequentemente até a saída por um funil na extremidade do extrator que a despeja em uma tremonha de descarga 12 Figura 11 Extrator de esteira perfurada Extrator horizontal de células deslizantes este extrator possui uma esteira contendo canecas e uma superfície de extração que pode ser fixa ou móvel A superfície fixa é um piso contendo uma grade de barras de perfil em V A superfície móvel é uma esteira perfurada que se move de forma independente do movimento da esteira com canecas Os flocos são alimentados nas canecas e recebem num processo de extração em contracorrente o solvente e micelas impulsionados por bombas de estágio Os flocos e a micela continuam a ser pulverizados até atingirem a lavagem com solvente puro antes de serem descarregados na tremonha de descarga Extrator vertical de caçambas este extrator possui caçambas perfuradas ou com fundo de tela que transportam os flocos Estas caçambas são fixadas em correntes transportadoras que as guiam para a parte superior e inferior do extrator As caçambas são alimentadas na parte superior do extrator na qual iniciam o movimento no sentido descendente Nessa coluna de caçambas descendentes é bombeada micela que percola os flocos os quais se convertem em micelas com maior teor de óleo extraído ao chegarem no fundo do extrator Seguindo em seu circuito interno as caçambas contornam o fundo do extrator e sobem recebendo o solvente puro que é bombeado no topo dessa coluna ascendente e percola as micelas das caçambas Ao se aproximarem no movimento ascendente do topo do extrator as caçambas são tombadas para descarregar as micelas na tremonha de descarga 13 Figura 12 Extrator vertical de caçambas Crédito Elias Aleixo Refino o processo de refino remove os componentes não triglicerídeos do óleo bruto para atingir os padrões de qualidade e classificação exigidos pelo mercado aumentando o seu tempo de vida útil e tornandoo mais resistente à oxidação Este processo para óleo de soja é composto por degomagem neutralização clarificação e desodorização Degomagem é um processo de centrifugação e posterior hidratação que retira os fosfolipídeos presentes em teores entre 2 e 3 na forma de gomas que são adicionadas diretamente ao farelo residual do processo ou são purificadas para lecitina comercial Neutralização é feita em reatores através da reação dos ácidos graxos livres do óleo com uma solução diluída de soda cáustica a quente Desta reação resulta uma borra que é separada por lavagem do óleo e centrifugação sendo comercializada para fábricas de sabão ou para indústrias químicas Após a lavagem o óleo neutralizado segue para um processo de desidratação a vácuo Clarificação é um processo de adsorção superficial dos pigmentos sabões residuais peróxidos e metais por um adsorvente clarificante que 14 pode ser argila silicato ou carvão ativado por exemplo Após essa adsorção o óleo é separado dos adsorventes por um processo de filtração A função principal da clarificação é retirar ácidos graxos oxidados ou peróxidos que provocam o ranço no óleo Os adsorventes com até 35 de óleo podem ser misturados ao solo como forma de descarte ambientalmente correto Desodorização é a retirada pela injeção de vapor no óleo a vácuo dos compostos relativamente voláteis que são removidos por arraste Esses voláteis chamados de DDOS destilado do desodorizador de óleo de soja seguem para um processo de condensação e são comercializados para a indústria farmacêutica principalmente para a recuperação de vitamina E O óleo desodorizado é então resfriado e filtrado podendo ainda receber a adição de ácido cítrico e antioxidante seguindo para o envase Envase o óleo refinado segue para um processo de envase em latas de folha de flandres ou em frascos transparentes de PET polietileno tereftalato Por protegerem melhor o óleo da incidência da luz as latas permitem uma validade maior do óleo do que os frascos de PET Assim as latas são normalmente usadas para grandes volumes chegando comercialmente a 18 litros e os frascos para pequenos volumes normalmente de 900 ml Farelo cabe ainda comentar que do processo de extração do óleo de soja sobra como resíduo o farelo Este farelo segue para um processo de retirada por evaporação do solvente residual e posterior tostagem em um equipamento chamado dessolventizadortostador onde calor úmido é aplicado ao farelo para a inativação térmica dos inibidores de proteases e das lectinas Após este processo o farelo segue para a peletização trituração e expedição sendo normalmente comercializado para fábricas de ração 15 Figura 13 Dessolventizadortostador Crédito Wasteresley Lima TEMA 2 INDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA 21 Breve histórico Embora estudos sobre escrituras mitológicas hindus apontem que a cana deaçúcar existia desde cerca de 20000 aC há uma divergência sobre a origem desta gramínea Alguns estudos apontam sua origem na Polinésia ou Papua Nova Guiné na Oceania outros na Indonésia Filipinas e outros no Norte da África Os estudos convergem quando se trata da expansão desta cultura que ocorreu em 1000 aC na Península Malaia na Indochina e Baía de Bengala Já em 800 aC esta expansão chega à China Em 510 aC começou a ser plantada na Índia embora seu consumo tenha registro a partir de 327 aC sendo os indianos os primeiros a utilizar esse produto Também em 327 aC a canadeaçúcar foi levada para o ocidente por Alexandre o Grande Posteriormente em 700 dC os árabes começam a enriquecer com a comercialização do açúcar Em 755 dC ocorre o início desta cultura na Europa 16 através da Espanha que em 1150 dC verificando o grande potencial de geração de renda com a comercialização dos produtos derivados da canade açúcar realiza um investimento de grande porte para a implementação da indústria canavieira No Brasil as primeiras mudas de canadeaçúcar foram trazidas por Martim Afonso de Souza de sua expedição à Ilha da Madeira em 1502 Encontrando aqui um solo fértil com um clima adequado e mão de obra escrava trazida da África rapidamente seu cultivo foi se constituindo na primeira atividade agrícola do nosso país Figura 14 Martim Afonso de Souza Crédito Pêro Lopes Souza CCPD Pouco tempo depois em 1516 o rei de Portugal D Manuel I inicia um programa de incentivo à implementação da indústria canavieira no nosso país promulgando o primeiro alvará para o plantio da cana e construção de engenhos pelo qual determinou que se encontrasse gente prática capaz de dar princípio a um engenho no Brasil 17 Figura 15 D Manuel I Crédito Escola Portuguesa CCPD Como resultado deste incentivo já em 1600 o Brasil alcança o posto de maior produtor da indústria canavieira mundial Seguindo o processo e evolução do setor em 1613 ocorre a implementação do primeiro engenho de três cilindros consolidando nossa posição internacional que mantemos até os dias atuais Um grande marco neste processo evolutivo ocorreu no século XVIII com a utilização da máquina a vapor no processo de trituração da cana Esta evolução teve continuidade até os dias atuais passando o processo a ser automatizado e sustentável no que hoje chamamos de indústria sucroalcooleira cujos produtos principais são o açúcar e etanol tendo uma crescente produção secundária de energia elétrica Como resultado desta contínua evolução hoje o Brasil é responsável por 18 da produção mundial de açúcar e 36 de sua comercialização no mundo havendo a projeção de a médio prazo atingir 23 desta produção e 49 de sua comercialização Os processos de produção de açúcar e etanol são muito semelhantes nas usinas brasileiras consistindo nas seguintes operações recepção preparo e moagem tratamento do caldo produção de açúcar destilaria de álcool estocagem e expedição dos produtos setor de utilidades e tratamento de efluentes 18 Figura 16 Fluxograma de processo de produção de açúcar e álcool Crédito Wasteresley Lima Recepção preparo e moagem na recepção primeiro é aferida a qualidade da cana por controle estatístico populacional através da análise do teor de sacarose aparente açúcares redutores totais teor de açúcares redutores porcentagem de fibras e outros A cana recebida é limpa A limpeza tem sido feita por lavagem mas como este processo gera perda no teor de sacarose a lavagem está sendo substituída por limpeza à seco com jatos de ar Após a limpeza a cana segue para um sistema mecanizado de corte normalmente um conjunto de facas rotativas cuja finalidade é picar e nivelar a camada de cana na esteira de transporte facilitando assim o processo seguinte no desfibrador de cana No desfibrador que é um moinho de martelos com uma placa desfibradora ocorre o esmagamento da cana abrindo as células que contêm os açúcares para uma melhor extração do açúcar pela moenda O ideal é que no mínimo 82 das células permaneçam abertas para a moenda para maximizar a extração Na saída do desfibrador há um equipamento chamado espalhador cuja finalidade é uniformizar a altura da cana com as células abertas a qual seguirá por esteira até a calha de alimentação da moenda Na moenda ocorre a extração do caldo pela passagem da cana em um laminador de rolos Em geral a moenda é formada por um conjunto de quatro a sete trios de laminadores de rolo em série levando a uma eficiência no processo de 94 a 97 aproximadamente e 19 gerando como subproduto o bagaço de cana normalmente com umidade aproximada de 50 que será usado como biomassa para caldeiras No processo de moagem o primeiro trio de laminadores gera uma proporção de 7 x 1 do caldo em relação ao bagaço produzido sendo este caldo destinado para a fábrica de açúcar Do segundo trio em diante esta proporção cai drasticamente para um máximo de 2 a 25 x 1 sendo usado o processo de injeção de água na cana para facilitar a extração do caldo O caldo extraído do segundo trio em diante segue para a destilaria de álcool O bagaço de cana produzido é transportado por esteiras para o setor de utilidades onde será usado como biomassa para as caldeiras geradoras de vapor Como sua produção varia de 24 a 28 por tonelada de cana de açúcar que entra no processo este bagaço acaba sendo o único combustível das caldeiras que geram vapor a 22 bar e 300C fornecendo toda a energia térmica para a produção de açúcar e etanol Este mesmo vapor gerado também segue para turbinas que irão gerar toda a energia elétrica usada na usina de açúcar e na destilaria de álcool gerando muitas vezes um excedente de energia de até 10 que é vendido para o mercado livre de energia elétrica Usina de açúcar o caldo de cana chega à usina de açúcar espesso e com impurezas Segue então para o processo de limpeza onde é aquecido e recebe tratamento químico Depois passa por decantação e por fim é peneirado Após o processo de limpeza o caldo limpo segue para o processo de evaporação gerando um xarope transparente e vapor de água Este xarope seguirá para um processo de cozimento a altas temperaturas gerando uma massa homogênea que seguirá para o processo de cristalização onde será resfriado gerando um melaço de cana e os cristais de açúcar A mistura de melaço e cristais de açúcar seguirá então para um processo de separação por centrifugação sendo que os cristais seguirão o processo da usina e o melaço seguirá ou para uma unidade de produção de açúcar mascavo e para a unidade de destilação ou apenas para a unidade de destilação Os cristais que saem da centrífuga seguirão para o processo de secagem e peneiramento sendo o peneiramento necessário para uniformizar a granulometria do açúcar e eliminar impurezas que possam estar presentes oriundas por contaminação durante o processo de produção Por fim o açúcar 20 produzido passa por um separador magnético para retirar partículas de metais ferrosos que possam estar contaminando o produto e por um detector de metais capaz de detectar metais ferrosos como aços comuns e inoxidáveis e ferros fundidos detectando também metais não ferrosos como ligas de alumínio e de cobre para garantir que o produto final não carregue consigo qualquer impureza de origem metálica O produto final seguirá então para a armazenagem e expedição Figura 17 Usina de açúcar Créditos mailsonpignataShutterstock Destilaria o caldo de cana produzido a partir do segundo trio de laminadores e o melaço produzido no processo de centrifugação já mencionado são recebidos e seguem para o processo de fermentação onde recebem inoculação de enzimas e leveduras como a Saccharomyces que convertem a sacarose presente em etanol Nesse processo é gerado o mosto fermentado com até 12 em volume de etanol Esse mosto segue então para o processo de destilação fracionada gerando como produto uma solução composta por 96 de etanol e 4 de água que pode seguir para um segundo processo de destilação para obter etanol com pureza de até 98 21 Figura 18 Destilaria de etanol Créditos FransenShutterstock TEMA 3 INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS 31 Histórico A indústria de laticínios é o conjunto de fábricas que produzem alimentos à base de leite Segundo o Ministério da Agricultura e Pecuária o Brasil é o terceiro maior produtor de leite do mundo com mais de 34 bilhões de litros por ano originários de 98 dos municípios brasileiros de pequenas e médias propriedades empregando e gerando renda para cerca de 4 milhões de pessoas A Indústria de Laticínios no Brasil iniciouse em 1888 com a inauguração da Fábrica de Laticínios Mantiqueira em Minas Gerais de propriedade do fazendeiro Dr Carlos Pereira de Sá Fortes Na época maquinários e mão de obra holandeses foram importados para a fabricação de queijos e manteiga tornando a empresa pioneira na fabricação de laticínios na América do Sul 22 Figura 19 Dr Carlos Pereira de Sá Fortes Crédito Domínio Público Até o início do Século XX o leite no Brasil era consumido sem tratamento causando uma série de doenças aos consumidores O leite era entregue de casa em casa transportado em latões em carroças trazidos diretamente por produtores rurais Apenas na década de 20 surgiram indústrias para beneficiamento e distribuição de leite nas quais o leite era tratado por pasteurização lenta 30 minutos à temperatura acima de 60C O leite era engarrafado e entregue em frascos de vidro retornáveis Na década de 40 a pasteurização lenta foi substituída pela pasteurização rápida processo HTST High Temperature Short Time alta temperatura em curto tempo 15 a 20 segundos entre 72C e 76C seguido de rápido resfriamento Esse processo aumentou a produtividade reduzindo o tempo de produção Na década de 70 foi introduzida a ultrapasteurização no Brasil pelo processo UHT Ultra High Temperature 12 a 4 segundos entre 130C e 150C seguido de resfriamento rápido abaixo de 32C eliminando os microorganismos patogênicos e os responsáveis pela deterioração do produto aumentando o prazo de validade e permitindo o armazenamento em temperatura ambiente Em 1918 surgiu a primeira fábrica de leite em pó em IndaialSC chamada Casa de Asta Enns de propriedade dos sócios Ludvig Paul DiretorPresidente Frederico Hardt DiretorComercial e August Bonse DiretorTécnico comercializando o produto principalmente para outras indústrias como insumo ou ingrediente 23 Em 1909 foi fundada em ArarasSP a Companhia Ararense de Leiteria iniciando a produção de leite condensado no Brasil com José de Souza Queiroz como DiretorPresidente João de Lacerda Soares como Diretor Comercial e Louiz Nougués como Diretor Técnico Em 1920 foi vendida tornandose a primeira fábrica da Nestlé no Brasil 32 Pasteurização e esterilização A pasteurização tem como objetivo eliminar todos os microorganismos patogênicos do leite Nesse processo como já descrito o leite é aquecido a uma temperatura entre 60C e 76C dependendo do processo sendo depois resfriado a uma temperatura de 2C a 4C em menos de 10 segundos Os processos de pasteurização mais usados são a pasteurização lenta e a pasteurização rápida HTST Pasteurização lenta conforme já comentado antes a pasteurização lenta consiste no aquecimento do leite a uma temperatura entre 62C e 65C na qual permanecerá por 30 minutos sendo depois resfriado rapidamente para aproximadamente 4C É um processo em bateladas para pequenas quantidades de leite sendo realizado em tanques de parede dupla na qual internamente à parede circulam o fluido aquecedor e o refrigerador Esse tanque possui um sistema de agitação e um sistema de monitoramento da temperatura Figura 20 Pasteurização lenta Créditos Lysenko AndriiShutterstock 24 Pasteurização rápida conforme já comentado a pasteurização rápida consiste no aquecimento do leite a uma temperatura entre 72C e 75C por um tempo de 15 a 20 segundos seguido de um resfriamento rápido até aproximadamente 2C É um processo que ocorre em fluxo contínuo e é realizado geralmente em trocadores de calor de placas paralelas para grandes quantidades de leite Neste trocador de calor circula o leite em uma superfície da placa e na outra o fluido de aquecimento ou de refrigeração Figura 21 Pasteurização rápida Crédito Wasteresley Lima A esterilização tem como objetivo eliminar os microorganismos patogênicos e deteriorantes não só por causa do processo térmico mas também pelo tipo de embalagem levando a produtos com um longo prazo de validade e que podem ser armazenados na temperatura ambiente Existem dois processos de esterilização do leite UHT Ultra High Temperature e Esterilização in container Esterilização por Ultra Alta Temperatura UHT como já comentamos o processo de esterilização por ultra alta temperatura consiste no aquecimento do leite a uma temperatura entre 130C e 150C por um tempo entre 3 e 5 segundos seguido por um resfriamento rápido para uma temperatura abaixo de 32C Antes de passar pelo processo de 25 esterilização o leite passa por filtragem préaquecimento clarificação padronização e pasteurização Em seguida passa por um processo de estabilização onde recebe estabilizadores de caseína citratos e fosfatos de sódio para evitar que o leite coagule e sofra sedimentação durante o processo de UHT seguindo para o processo de esterilização por UHT O préaquecimento é feito em trocador de placas paralelas no qual o leite é aquecido até 80C por um tempo de dois minutos com a finalidade de diminuir a desnaturação proteica do leite durante o processo de UHT e diminuir a perda de vitamina C do leite por oxidação O processo UHT pode ocorrer por injeção direta de vapor de água saturado que vem da caldeira no leite ou indiretamente em trocadores de calor de placas paralelas ou do tipo tubocarcaça sendo o aquecimento por injeção direta mais rápido que o aquecimento em trocadores de calor Após o aquecimento por injeção direta o leite segue para uma câmara de vácuo onde é resfriado instantaneamente e o vapor de água previamente injetado é removido Figura 22 Processo UHT Créditos ItsananAdobe Stock 26 Esterilização em container na esterilização em container o leite já pasteurizado e padronizado é embalado e segue para a esterilização em autoclave onde será aquecido até uma temperatura de 120C durante 20 minutos e posteriormente resfriado a uma temperatura abaixo de 32C Figura 23 Esterilização em autoclave Créditos ParilovShutterstock 33 Etapas de processamento dos laticínios As etapas do processamento dos laticínios seguem em geral esta ordem o leite cru chega nos laticínios em caminhões de containers É submetido a testes analíticos de controle de qualidade e posteriormente é descarregado e concomitantemente resfriado em um trocador de calor de placas paralelas a uma temperatura entre 4C e 6C sendo então bombeado para silos de armazenagem Dos silos segue para os processos de separação clarificação e centrifugação com objetivo de remover do leite sujeiras como areia partículas de solo e proteína precipitada e em um nível mais profundo por centrifugação e microfiltração remover bactérias esporos e células somáticas que interferem nas propriedades organolépticas dos produtos lácteos e diminuem os prazos de validade A centrifugação também é usada para separar a gordura do soro do leite em um processo em conjunto com a pasteurização para produzir o leite desnatado Após a etapa de separação clarificação e centrifugação o leite segue para o processo de pasteurização ou esterilização Por fim segue para a expedição 27 Figura 24 Processamento do leite Créditos pikepictureShutterstock Sobre a produção do queijo é importante destacar que as variedades existentes dependem da espécie animal da qual o leite é obtido dos diferentes teores de gordura adicionados e das espécies de bactérias e bolores utilizados além do processo de cura e de outros tratamentos como defumação Em termos gerais o leite passa primeiro por um processo de acidificação bacteriana Em seguida é adicionado o coalho ou equivalente para inserir a enzima quimosina que transforma o leite em coalhada e soro Posteriormente o produto sofre o processo de drenagem do soro prensagem e conformação podendo então receber a salga eou ingredientes como ervas especiarias e outros seguindo para a secagem maturação e armazenamento a uma temperatura de 5C Um exemplo de equipamento de drenagem é uma coluna vertical na qual a mistura de soro e coalhada é inserida e por gravidade a coalhada vai decantando para o fundo da coluna e aglomerando formando um bloco ou vários blocos sólidos que serão cortados e colocados em moldes para a posterior prensagem O soro é retirado por saídas laterais ou no fundo da coluna A prensagem é realizada em prensas manuais ou automatizadas específicas para a fabricação do queijo sendo que nesta etapa é retirado o soro residual e também a água retida A secagem pode ser feita em câmaras de secagem ou em freezers de resfriamento É fundamental destacar que a qualidade do queijo resulta do cuidado desde a matériaprima tratando adequadamente da alimentação e manejo dos animais higiene e limpeza na ordenha se possível automatizada e do transporte adequado do leite 28 Figura 25 Processo de fabricação do queijo Créditos TartilaShutterstock Para a fabricação de manteiga temos a seguinte sequência de operações obtenção e padronização do creme neutralização pasteurização maturação física e opcionalmente também biológica bateção desleitagem lavagem opcionalmente a salga malaxagem embalagem e armazenamento A qualidade do creme de leite a partir do qual será produzida a manteiga é fundamental para um produto de boa qualidade A obtenção do creme de leite é feita de forma mecânica através de uma centrífuga ou desnatadeira sendo que este creme que representa algo em torno de 8 a 11 em volume do leite é posteriormente filtrado para retenção de impurezas Um ponto importante a observar é que o teor de gordura do creme deve ficar entre 35 e 40 para evitar uma maior perda de gordura no leitelho e um teor elevado de soro na massa valores maiores que 40 ou um maior tempo de bateção valores menores que 35 A padronização do creme é feita em processos contínuos ou em batelada usando normalmente o leite desnatado pasteurizado para favorecer a maturação do creme O processo segue para a neutralização do creme a fim de que atinja uma acidez entre 15D 15 graus Dornic e 20D 20 graus Dornic Cabe aqui observar que a quantidade de graus Dornic é obtida multiplicando a concentração de ácido lático por 100 Após isso o creme é pasteurizado a uma temperatura entre 75C e 80C por um intervalo de tempo entre 10 e 15 segundos para inativar microorganismos patogênicos e responsáveis pela deterioração bem como enzimas visando aumentar o tempo de vida de prateleira Em seguida o creme é resfriado rapidamente para favorecer a solidificação da gordura Após esse resfriamento o creme é estocado a uma 29 temperatura de 5C a 8C por um intervalo de tempo de 10 a 12 horas para promover a maturação aglomerando a gordura Essa maturação também pode ser feita biologicamente adicionando fermento lático e mantendo a uma temperatura entre 14C e 20C por aproximadamente 16 horas O creme então segue para batedeiras industriais onde ocorrerá o processo de bateção a uma temperatura entre 10C e 15C com uma velocidade entre 20rpm e 40rpm em um tempo médio de 40 minutos onde o creme se transformará em manteiga gerando como resíduo um líquido esbranquiçado chamado de leitelho Esse leitelho é removido por um processo chamado desleitagem onde por peneiramento a manteiga é separada do leitelho Posteriormente ainda ocorre uma lavagem para remoção do leitelho residual redução da acidez e remoção da lipase com água pasteurizada e resfriada até 5C Após a lavagem pode ser feita a salga sendo o teor máximo permitido de sal na manteiga de 2 Por fim é feita a homogeneização da distribuição da água e havendo a salga do sal na manteiga bem como da massa formada pelo processo de malaxagem no qual a batedeira é girada lentamente até que a massa da manteiga esteja uniforme e sem buracos Por fim a manteiga segue para o processo de envase e armazenamento em câmaras frias a uma temperatura média de 5C e depois para a expedição Figura 26 Fabricação de manteiga Créditos ParilovShutterstock 30 TEMA 4 INDÚSTRIA DE SUCOS Embora haja evidências de extração de suco de uva provavelmente para elaboração de bebida alcoólica por volta de 8000 aC o primeiro estudo de avaliação de cor e odor de sucos de pera amora uva ameixa maçã e pêssego foi feito em Roma em 77 dC por Caio Plínio Segundo conhecido como Plínio o Velho Figura 27 Caio Plínio Segundo Créditos ASychShutterstock No Brasil a indústria de sucos surgiu apenas no século XX sendo que o primeiro registro de fábricas de sucos de frutas ocorreu no Censo Industrial de 1960 Com a criação de institutos de pesquisa de alimentos como a Faculdade de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Campinas Unicamp em 1968 e a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Embrapa em 1973 teve início o desenvolvimento de indústrias deste ramo Hoje nesta área da indústria de processos químicos o Brasil é o maior produtor mundial de suco de laranja detendo 75 do mercado mundial A indústria de sucos produz sucos comuns ou concentrados de frutas hortaliças e verduras tendo também composições de mais de um tipo de fruta ou de frutas hortaliças e verduras 31 Para a fabricação de sucos temos a seguinte sequência de operações recepção lavagem seleção descascamento desintegração despolpamento e pasteurização Recepção e seleção na recepção é feita uma seleção da matériaprima descartando frutas verduras e legumes dos quais não é possível extrair a polpa e também aqueles que não estão maduros o suficiente ou já estão maduros além do necessário para seguir no processo ou que apresentam defeitos gerados por fungos insetos ou roedores Para frutas a separação também é feita em função da firmeza da fruta necessária para seguir no processo e pela verificação se carrega consigo galhos ou outros corpos estranhos Lavagem a lavagem é importante para eliminar microorganismos patogênicos parasitas e contaminações químicas e resíduos de solos O sistema de lavagem usado é o CIP Cleaning in Place que consiste na circulação de produtos de limpeza em instalações industriais sem a desmontagem prévia dos equipamentos mas que no caso ocorre da seguinte forma primeiro é feita uma prélavagem em esteiras para remoção de poeira sujeiras na casca e primeira retirada de resíduos químicos sendo posteriormente feita uma sanitização completa em circuito fechado primeiro pela limpeza com uma solução alcalina à base de hidróxido de sódio NaOH com concentração entre 20 e 25 para retirada de gorduras e proteínas seguida pelo primeiro enxágue depois pela limpeza com uma solução ácida à base de ácido nítrico ou fosfórico com concentração entre 1 e 15 para remover minerais que possam estar presentes por contaminação no solo ou no transporte e armazenamento seguido pelo segundo enxágue seguindo para desinfecção que pode ser por circulação ou imersão entre 20 e 30 minutos em água sanitária para reduzir a carga de microorganismos ao nível permitido pela legislação sendo posteriormente feito o último enxágue Quando as características da matériaprima permitem é usado como apoio um sistema de escovação com escovas macias ou um sistema de agitação da esteira para auxiliar na limpeza da superfície 32 Figura 28 Lavagem por sistema CIP Créditos Nadir KeklikShutterstock Descascamento fatiamento e corte é uma etapa que pode ocorrer manualmente mas que majoritariamente ocorre mecanicamente sendo usadas lâminas de aço inoxidável ou equipamentos de base giratória com paredes laterais revestidas com material abrasivo Nesse processo além das cascas sementes e caroços são removidos Maceração é feita para facilitar a extração do suco sendo usado um moinho triturador com peneira de malhas variáveis gerando a polpa da fruta Em caso de frutas que escurecem após este processo é usado um sistema de aquecimento com jatos de vapor de água para inibir as enzimas responsáveis por este escurecimento Despolpamento a polpa gerada anteriormente segue para um processo de separação do material fibroso em equipamentos chamados despolpadoras nos quais réguas de aço inoxidável que giram e comprimem as polpas em peneiras produzindo o suco Restos de cascas polpas e sementes residuais também são retirados junto com o material fibroso 33 Pasteurização é feito o processo de pasteurização que já foi comentado no Tema 3 com as mesmas finalidades mas com o cuidado de manter ao máximo o sabor e odor do suco Tratamento enzimático nesse processo são injetadas em reatores enzimas chamadas peptidases ao suco com a finalidade de quebrar as pectinas presentes em carboidratos transformando o suco que se apresenta naturalmente turvo em um líquido mais límpido e transparente e prevenindo possíveis transtornos digestivos na ingestão dos sucos Precipitação em alguns casos podem ainda estar presentes no suco pequenas partículas residuais cuja retirada é feita adicionando gelatina e em seguida centrifugando em centrífugas industriais Esse processo é mais usado na fabricação de sucos de maçã e de uva Concentração feita em evaporadores ou por congelamento esse processo visa a retirada de água do suco para facilitar a conservação e transporte Reconstituição envase armazenamento e expedição nessa etapa do processo de fabricação em tanques misturadores a água é reconstituída nos sucos sendo possível também serem adicionados estabilizadores corantes e açúcar ou adoçantes Após isso seguem para o envase em caixas de todo tipo Tetra Pak em garrafas de vidro ou de plástico e outros seguindo então para o armazenamento em câmaras a aproximadamente 5C e para a expedição Figura 29 Fábrica de sucos Créditos Siberian ArtShutterstock 34 TEMA 5 INDÚSTRIA DE CELULOSE E PAPEL O início da produção industrial no setor de celulose e papel no Brasil ocorreu no século XIX para suprir a demanda da Imprensa Régia criada em função da chegada da família real portuguesa Nessa época destacouse a Fábrica de Papel de Salto implementada por José Ferraz de Almeida Júnior o Barão de Piracicaba Após isso apenas em 1910 foi implementada a primeira fábrica de produção de celulose chamada Companhia Fabricadora de Papel em São Paulo SP cuja matériaprima usada para fabricar a celulose era basicamente palha de arroz e trapos de pano Figura 30 Barão de Piracicaba Crédito José Ferraz de Almeida Jr CCPD Apenas em 1946 devido às restrições de importação de produtos na Segunda Guerra Mundial e a um programa de incentivo à indústria nacional implementado pelo governo Getúlio Vargas a indústria de papel e celulose nacional ganhou em escala de produção com o início das atividades da primeira fábrica de papel e celulose de grande porte da empresa Klabin SA em Telêmaco Borba PR 35 Figura 31 Fábrica Klabin Crédito Simplus Menegati CCPD Em 1956 aconteceu outro marco importante para a indústria de papel e celulose com a pesquisa de Max Feller que desenvolveu um processo de obtenção de celulose a partir da fibra de eucalipto o que permitiu que a empresa Suzano SA iniciasse a produção de celulose e papel nos moldes que hoje são usados na cadeia produtiva nacional e internacional A partir de 2017 o Brasil se consolidou como o segundo maior produtor de celulose e o maior exportador mundial tendo toda sua produção baseada nas chamadas fazendas de eucalipto ou de pinho que compreendem uma enorme quantidade de hectares de eucalipto e pinho explorados apenas para esta finalidade Há uma grande vantagem competitiva devido à maior velocidade de crescimento destas árvores em comparação com países da Europa ou mesmo com os EUA que é o maior produtor de celulose mundial Neste setor de indústria de processos químicos há uma projeção de produção de mais de 26500 toneladas até 2031 Os três tipos de papel mais produzidos no Brasil são o papel branco o papelão e o papel pardo Cabe ressaltar que o papelão é o produto formado pela colagem de várias folhas de papel pardo sendo que entre cada camada constituinte do papelão são coladas folhas na forma ondulada para propiciar uma maior resistência mecânica característica do produto O processo de fabricação da celulose e papel consiste na transformação da madeira em um produto fibroso a celulose seguido pela transformação da celulose em papel Em geral esse processo segue as seguintes etapas 36 Preparação da matériaprima as árvores são desbastadas descascadas e encaminhadas para as fábricas O processo inclui derrubada desgalhamento traçamento das árvores em toras ou toretes descascamento e empilhamento da madeira Essas operações são realizadas com um tipo de trator adaptado chamado Harvester A madeira é transportada do local de extração até a beira da estrada ou pátio intermediário onde é empilhada e posteriormente carregada em caminhões para o transporte até as fábricas Esse transporte é feito por um tipo de trator adaptado chamado Forwarder A madeira é então transportada para os pátios das fábricas onde é descarregada Na fábrica as toras ou toretes são transformados em cavacos por trituração em trituradores de facas ou martelos aumentando a superfície de contato para facilitar as reações de extração da celulose Os cavacos passam por um processo de peneiramento geralmente feito por peneiras classificadoras de cavacos de perfil retangular e com um sistema de vibração onde os cavacos no tamanho apropriado para o processo seguem adiante os cavacos acima do tamanho são recirculados sendo triturados e peneirados novamente e os resíduos e cascas são encaminhados como biomassa combustível para as caldeiras Polpação os cavacos selecionados são enviados para digestores vasos de pressão onde são submetidos ao vapor dágua e em seguida ao processo de cozimento alcalino em elevada pressão e temperatura 8kgf a 10kgf a 160C Nesse processo a lignina é retirada das fibras de celulose gerando uma polpa composta por lignina celulose hemicelulose hidróxido de sódio sulfeto de sódio e água residuais Esse processo de cozimento é o mais utilizado nas fábricas de celulose e papel e é chamado de Processo Kraft Os cavacos são cozidos em uma solução composta por hidróxido de sódio e sulfeto de sódio dissolvendo totalmente a lignina presente nas fibras de celulose Lavagem e recuperação química a polpa gerada no processo de polpação passa por um processo de lavagem com água para separar a polpa dos resíduos do processo Essa lavagem é feita em esteiras com peneiras que retêm as polpas e deixam passar os resíduos dissolvidos em água A lignina dissolvida chamada licor negro é utilizada como combustível para geração de energia e como aditivo para o processo de 37 branqueamento reduzindo o consumo de produtos químicos A polpa resultante de coloração marrom pode seguir para o processo de fabricação de papel não branqueado ou para o processo de branqueamento Branqueamento o branqueamento da polpa ocorre pela exposição aos agentes branqueadores hipoclorito cloro oxigênio dióxido de cloro peróxido de hidrogênio e ozônio em uma série de torres de branqueamento pelas quais ela passa Em cada torre de branqueamento a polpa entra em contato com uma mistura diferente de agentes branqueadores Refino é a última etapa do processo antes da produção final do papel ocorrendo em um equipamento chamado refinador onde as fibras são batidas para uma quebra mais refinada gerando uma pasta mais uniforme e densa Nesse estágio são adicionadas cargas colas corantes e resinas que conferem as características desejadas ao produto Assim a polpa é transformada em uma pasta que permitirá a produção do papel com características desejadas como cor brilho resistência à umidade e qualidade da impressão Produção do papel a pasta gerada segue para a máquina de papel onde é assentada em uma esteira vibratória com tela móvel À medida que a tela avança o movimento vibratório orienta parte das fibras gerando uma maior uniformidade para a folha de papel que será produzida Nesse estágio as fibras passam por um processo de sucção para retirar o excesso de água na massa e por adição de aditivos que conferirão ao produto as qualidades desejadas Da esteira o papel é transferido para um equipamento chamado feltro visando a remoção de mais água Em seguida o papel segue para cilindros de alisamento de aço inoxidável e para uma série de cilindros de secagem aquecidos internamente a vapor Após a secagem o papel segue para a calandragem em calandras visando garantir a superfície final do papel desejada e por fim segue para o processo de bobinamento gerando bobinas de papel que seguirão para o armazenamento e expedição 38 Figura 32 Processo de produção de celulose e papel Créditos MacrovectorAdobe Stock FINALIZANDO Na etapa foram apresentados os processos químicos da agroindústria e indústria madeireira com destaque para a indústria do óleo de soja sucroalcooleira de laticínios de sucos e de celulose e papel Novamente reforçamos a importância de que o discente desenvolva este conhecimento para ter boas chances de crescimento profissional nesta importante área industrial 39 REFERÊNCIAS BRASIL N I Introdução à engenharia química 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2013 FELDER R M ROUSSEAU R W Princípios elementares dos processos químicos 3 ed Rio de Janeiro LTC Livros Técnicos e Científicos 2005 GALLO D et al Manual de entomologia agrícola 2ed São Paulo Agronômica Ceres 1988 GILBERT VJ Por que o açúcar veio ao Brasil Saccharum v 1 n 1 p 46 1978 MANDARINO J M G HIRAKURI M H ROESSING A C in memoriam Tecnologia para produção do óleo de soja descrição das etapas equipamentos produtos e subprodutos 2 ed Londrina Embrapa 2015 MAPA Ministério da Agricultura e Pecuária Mapa do Leite Políticas Públicas e Privadas para o Leite Disponível em httpswwwgovbragriculturapt brassuntosproducaoanimalmapadoleite Acesso em 25 mar 2024 SHREVE RN BRINK J A Jr Indústrias de processos químicos 4 ed Rio de Janeiro Guanabara 1997 SILVA G P COSTA A D Companhia Ararense de Leiteria 19091920 Louiz Nougués e a realização de um sonho História Econômica História de Empresas São Paulo v X n 1 p 117 141 janjun 2007 SOUZA K A importância da higienização nas linhas de produção de sucos FOODSAFETYBRAZIL 28 abr 2015 Disponível em httpsfoodsafetybrazilorgaimportanciadahigienizacaonaslinhasde producaodesucos Acesso em 25 mar 2024