Obtenção de Mosto de Cevada: Extração em Leito Fixo e Diagramas de Equilíbrio
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Data
2020-09-19
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Resumo
A produção artesanal de cerveja tem ampla afinidade com as atribuições do engenheiro químico, sendo apto a desenvolver e otimizar rotas químicas para a obtenção dos vários tipos da bebida, além de dimensionar os diversos processos unitários presentes na produção de cerveja. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático e a análise experimental do processo de extração contínua, em leito fixo, de sólidos solúveis do malte de cevada. Além disso, foi realizado o estudo do equilíbrio sólido-líquido e a construção de diagramas de equilíbrio. Para a primeira etapa, isto é, o estudo do equilíbrio sólido-líquido, foram obtidos dados experimentais do sistema água + sólidos solúveis + sólidos insolúveis de malte de cevada, empregando três níveis de temperatura (60 ºC, 65 ºC e 70 ºC) e três níveis de razão sólido/solvente (0,15; 0,20 e 0,25). O procedimento de extração foi conduzido por um tempo de 5400 s (tempo médio de mosturação), utilizando uma fina camada de malte. A fração mássica de soluto no equilíbrio na fase líquida foi determinada ajustando-se os parâmetros de um modelo cinético empírico de primeira ordem aos dados experimentais. A fração mássica de soluto no equilíbrio na fase sólida foi calculada a partir de um balanço de massa para os sólidos solúveis do malte, se baseando na quantidade de soluto e de inerte inicialmente presentes no sólido. A massa de solvente retida no sólido por massa de inerte foi determinada experimentalmente por filtração seguida de secagem em estufa a 105 ºC por 24 h, resultando em um valor constante aproximadamente de 1,39. Os diagramas construídos a partir dos dados obtidos demonstram a influência da temperatura e da razão sólido/solvente nas frações mássicas de equilíbrio e, além disso, revelam a diferença da distribuição de sólidos solúveis entre as fases sólida e líquida. Para a segunda etapa, o procedimento de extração em leito fixo foi conduzido com equipamento em escala experimental, empregando dois níveis de temperatura (60 ºC e 70 ºC) e dois níveis de razão sólido/solvente (0,15 e 0,25), por um tempo de 5400 s. O modelo matemático foi desenvolvido baseado na hipótese de que as paredes celulares da matriz vegetal estão totalmente quebradas e, portanto, toda a fração solúvel do malte está complementa livre. O conjunto de equações diferenciais parciais obtido foi transformado em um conjunto de equações diferenciais ordinárias, aplicando o método de discretização por diferenças finitas na dimensão axial do leito, e resolvido numericamente por meio do software Scilab®. O modelo desenvolvido apresentou bom ajuste aos dados experimentais, principalmente para aqueles obtidos com razão sólido/solvente igual a 0,15. Além disso, foi possível observar o perfil de fração mássica de soluto na fase líquida em função da altura do leito, parametrizado no tempo, e o perfil de fração mássica de soluto na fase líquida em função do tempo, parametrizado na posição. Apesar das curvas de extração simuladas pelo modelo matemático se ajustarem aos dados obtidos experimentalmente, sugere-se o estudo de outras variáveis na influência do processo, como pH e granulometria, a fim de se obter resultados mais gerais e que levam em consideração variáveis importantes do processo.
Abstract
Descrição
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino- Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química.
Palavras-chave
Malte. Extração sólido-líquido. Modelagem matemática. Sólidos solúveis. Cerveja.