Simulação de um processo de produção de ácido levulínico a partir do hidrolisado celulósico da biomassa de cana-de-açúcar - Facheti, Gabriel [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
A busca por alternativas aos combustíveis fósseis que sejam ambientalmente sustentáveis e economicamente viáveis nunca foi tão presente como agora. Uma das alternativas mais interessantes é a biomassa lignocelulósica. Seu uso para a produção de combustíveis e de químicos com alto valor agregado já é estudado há décadas, porém com a chegada do conceito das biorrefinarias, os estudos têm se tornado cada vez mais diversificados. É neste contexto que o presente trabalho propõe a simulação de um processo de produção de ácido levulínico a partir de biomassa de cana-deaçúcar, a fim de futuramente integrar um complexo industrial para a criação de uma biorrefinaria. Com uma mistura de palha e cana-de-açúcar, simulou-se o processo considerando as seguintes etapas: pré-tratamento com hidróxido de sódio, para que houvesse a separação dos componentes da estrutura lignocelulósica; filtração, que separou a polpa celulósica do licor negro; lavagem da polpa, para a retirada de qualquer componente indesejado; hidrólise da celulose até a formação do ácido levulínico; e purificação, na qual, com três colunas de destilação em série, foi possível obter mais de 28 ton/h de ácido levulínico com uma pureza de 99,7%. É imprescindível, no entanto, que se façam esforços para a otimização do processo, o que garantiria ao ácido levulínico preços mais competitivos no mercado. Por isso, foi feito a integração energética das correntes e dos trocadores de calor envolvidos no processo. O resultado gerado pelo software Aspen Energy Analyzer conferiu uma economia de 62% nos custos envolvendo utilidades e unidades trocadoras de calor. Por fim, ao executar o Aspen Capital Cost Estimator, foi conferido um lucro de mais de 76 milhões de dólares. Além disso, foi possível constatar a viabilidade do projeto por meio da Taxa Intena de Retorno (TIR) e do Retorno sobre o Investimento (ROI), visto que ambos foram maiores que a Taxa Mínima de Atratividade (TMA).

The search for alternatives to fossil fuels that are environmentally sustainable and economically viable has never been as present as it is now. One of the most exciting alternatives is lignocellulosic biomass. Its use to produce fuels and chemicals with high added value has been studied for decades, but with the arrival of the concept of biorefineries, studies have become increasingly diversified. In this context, the present work proposes the simulation of a levulinic acid production process from sugarcane biomass, to integrate an industrial complex to create a biorefinery in the future. Starting from a mixture of bagasse and straw of sugar cane, the process was simulated considering the following steps: pre-treatment with sodium hydroxide, so that there was the separation of the components of the lignocellulosic structure; filtration, which separated the cellulosic pulp from the black liquor; pulp washing, to remove any unwanted component; hydrolysis of cellulose to the formation of levulinic acid; and purification, in which, with three distillation columns in series, it was possible to obtain more than 28 tonne/h of levulinic acid with a purity of 99.7%. However, efforts must be made to optimize the process, which would guarantee levulinic acid at more competitive prices on the market. Therefore, the energetic integration of the streams and heat exchangers involved in the process was carried out. The result generated by the Aspen Energy Analyzer software provided savings of 62% in costs involving utilities and heat exchanger units. Finally, after executing Aspen Capital Cost Estimator, the profit shown was about US$ 76 million. Furthermore, it was possible to verify the viability of the project through the Internal Rate of Return (IRR) and the Return on Investment (ROI), since both were higher than the Minimum Rate of Attractiveness (TMA).
Simulation of a levulinic acid production process from sugarcane biomass
Keywords: Biomassa; Biorrefinaria; Ácido levulínico; Hidrólise; Biomass; Hydrolysis; Levulinic acid