Extrator Crown para extração de soja por solvente

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Introdução
Extrator Crown
Um extrator do tipo percolação opera com drenagem líquida descendente através de um leito de material e através de uma tela que suporta este material – semelhante a um percolador de café. Existem vários projetos básicos de extrator de percolação disponíveis. Este artigo trata da extração por solvente para soja com ênfase no tipo de percolação da Crown, extrator de "leito raso". O projeto do leito raso tem muitas características únicas, sendo útil entender esses recursos para operar o processo de forma mais eficiente.
 
Figura 1: Ilustração da distribuição de miscela (mistura óleo + solvente) sobre o leito de extração.
A Crown tem construído 5 projetos de extrator:
• Extrator Modelo 1, não mais em produção, foi um projeto construído nos anos 1950 em capacidades de até 50 toneladas por dia.
• Extrator Modelo 2 é o primeiro extrator do tipo “loop” com características de projeto modernas. É fornecido para extração de soja com capacidade de 1 até 1.500 toneladas por dia.
• Extrator Modelo 
é o equipamento mais frequentemente fornecido, sendo ofertado em toda a gama de capacidades, de escala laboratorial até 12.000 toneladas por dia.
• Extrator Modelo 4 é um extrator de imersão total, frequentemente usado para produtos especiais que não permitem uma boa percolação do líquido. É usualmente fornecido em capacidades de 1 a 50 toneladas por dia.
• Extrator Modelo 5 é um extrator de percurso reto, também utilizado para produtos especiais para capacidade pequenas e médias.
Os Modelo 2 e Modelo 3 são extratores do tipo percolação de grande capacidade, leito raso e tela estacionária. Eles são o foco deste artigo. Eles são semelhantes em muitos aspectos. A principal diferença é a direção do movimento da corrente. A corrente do Modelo 2 viaja para cima na seção da "cauda" (seção curva onde a corrente muda de direção enquanto permanece cheia de lâminas ou collets). A corrente do Modelo 3 viaja para baixo na seção da cauda.
Figura 2: Extrator Crown modelo 3 para extração por solvente em leito raso.
Esses extratores operam a maioria das oleaginosas com pouca ou nenhuma mudança para o extrator. A diferença mais frequente é componentes adicionais em aço inoxidável para oleaginosas ou solventes os quais sejam mais corrosivos. Muitos dos fatores importantes para a extração eficiente de soja são muito semelhantes para outras oleaginosas, embora algumas configurações de extração necessitem ser alteradas.
Figura 3: Extrator Crown para extração por solvente em leito profundo, modelo deck-simples (direita) e deck-duplo (esquerda).
No entanto, as etapas de preparação podem variar consideravelmente para diferentes oleaginosas. Uma das principais diferenças, muitas vezes usada para sementes de alto teor de óleo, como o girassol, é a adição de cozinhadores e prensas ou "pré-presagem" antes do extrator. Esta prensa tipicamente quebra a estrutura celular para melhor liberar o óleo e remove aproximadamente metade desse óleo mecanicamente. O teor reduzido de óleo também permite melhor laminação final de alguns produtos facilitando a extração por solvente para um teor final de óleo menor.
 Teoria da Extração
a) A Teoria Básica:
A teoria da extração pode ser colocada de forma muito simples: estamos tentando remover o óleo de pequenas partículas ou lâminas de material com um solvente, geralmente hexano. O solvente tem que penetrar para dentro das partículas, diluir o óleo e, a mistura de óleo e solvente, então, deve sair das partículas e ser lavada com ainda mais solvente.
Fazemos a mesma coisa quando limpamos um pincel com solvente. Podemos mergulhar o pincel durante a noite para ganhar penetração ou podemos forçar o caminho do solvente pelo pincel para acelerar o processo. De qualquer forma, para remover todos os vestígios da tinta antiga, precisamos lavar o pincel várias vezes com solvente, enxaguar com solvente e, finalmente, drenar e recuperar qualquer solvente em excesso.
Figura 4: Extração por percolação com fluxo de miscela passando através do leito de material.
 Para obter a remoção efetiva do óleo a partir de sementes oleaginosas usando extração por solvente, temos aos menos CINCO requisitos básicos:
 • Preparação: Condicionamento em tempo e temperatura adequados para suavizar e romper as células portadoras de óleo, reduzir a geração de finos na laminação e manter o extrator quente. Os materiais corretamente preparados possuem alta porosidade, uma grande área de superfície e laminam finas (ou quebra de células em prensas bem projetadas) permitindo uma rápida penetração pelo solvente e ruptura dos corpúsculos lipídicos para que o solvente possa atingir o óleo. O material também deve permitir uma boa percolação – um fluxo rápido de solvente através do leito e da tela para que o óleo possa ser transportado para fora do leito.
• Solvente: Uma taxa de solvente suficientemente alta (a proporção de solvente para sólidos que entram no extrator) e um número suficiente de estágios efetivos de lavagem. Estes estágios devem ser "contracorrente" com a declinação da concentração de óleo até a lavagem final com solvente puro. Uma unidade com mais e melhores estágios pode operar com menos solvente de entrada (uma menor proporção de solvente) e menores custos na destilação. Estágios eficientes mantêm a miscela dos estágios finais no menor teor de óleo possível, de modo que a miscela “presa” nas partículas indo para o DT não contenham muito óleo.
• Contato: Isso requer material corretamente preparado e um extrator projetado para ser "flexível" – um projeto que leva à lavagem e drenagem mais eficaz com uma grande variedade de materiais, mesmo com sementes de baixa qualidade ou danificadas. Um leito baixo de laminas ajuda a reduzir o tempo em cada estágio e na drenagem final. Também reduz o peso do leito acima, que pode quebrar flocos frágeis. Telas estacionárias especialmente projetadas fornecem fluxo confiável de miscela e remoção de solvente e óleo.
• Tempo: Deve haver tempo suficiente para que os processos de dissolução e fluxo ocorram. O tempo é melhor utilizado se um controle automático mantém o leito em altura completa para um volume e tempo de extração máximos, se o extrator drenar rapidamente em cada estágio, em particular na drenagem final que forma que esse tempo não seja desperdiçado, se o extrator for grande o suficiente e se o material for mais denso – às vezes por uso de um expande. Um leito raso também resulta em uma drenagem final mais rápida antes do DT, economizando 5 a 8 minutos em comparação aos extratores de leito profundo.
• Temperatura: Manter temperatura alta o suficiente para permitir um rápido fluxo de solvente e miscela.
 
As unidades de leito raso e leito profundo usam estratégias e recursos diferentes para alcançar alta eficiência. A seguir serão fornecidos mais detalhes sobre vários métodos e recursos que podem levar a uma extração eficiente.
 b) Preparação:
Todos os tipos de extratores requerem a preparação adequada da semente oleaginosa para obter bons resultados. Muitas vezes, ouve-se a frase: "Tudo começa na preparação".
 
Figura 6: Condicionador Vertical de Sementes (VSC) usado no condicionamento e secagem de soja no descascamento morno e quente.
 Uma preparação para Soja deveria fornecer material com as seguintes características.
 • Quebrados: 4 a 8 pedaços por grão de soja, usando rolos serrilhados afiados. Os quebrados devem ser grandes o suficiente para proporcionar uma boa deformação durante a laminação, mas não tão grande para requer uma potência excessiva ou capacidade reduzida nos laminadores. Quebrados muito grandes também podem levar a laminas extremamente grandes a quais podem bloquear o fluxo livre de solvente em algumas situações e reduzir a extração.
• Descascamento: isto é feito principalmente para melhorar o nível de proteína do farelo. No entanto, também aumenta a densidade no extrator, levando a mais tempo de retenção. Ele também remove grandes cascas que podem grudar nas lâminas e bloquear o fluxo de solvente, reduzindo a eficiência de extração.• Condicionamento apropriado: trazer para a umidade e temperatura corretas. Com os sistemas de descascamento quente, morno ou frio, o material para os laminadores deve estar geralmente a cerca de 70°C e as laminas finais devem estar a cerca de 65°C e de 10% a 10,5% de umidade.
• Laminação: para causar ruptura da estrutura celular liberando o óleo para facilitar a extração. As lâminas devem ser suficientemente finas ou levará um aumento de tempo no extrator para que o solvente penetre na lamina e remova o óleo. A espessura da lamina deve ser apropriada para o tipo de extração e a profundidade do leito. Com extratores de leito raso, lâminas de 0,35 mm de espessura são comuns. Com leitos acima de cerca de 1,2 metros, lâminas com 0,38 mm são razoáveis.
• Evitar partículas não-laminadas: menos de 0,3% é razoável. Isto é igual a não laminar cerca de 6 mm em cada final de rolos de laminação de 2 metros de comprimento. Muitas vezes, quebrados caem das extremidades do rolo ou passam por uma fenda nos rolos sem laminação. Estas partículas extraem muito lentamente e resultam em óleo residual alto e resultados de teste muito desiguais.
• Baixo conteúdo de finos: para que não bloqueiem a drenagem de miscela, deixem excessivos finos na miscela do extrator ou deposite poeira por toda a planta.
• Material de boa drenagem: apropriado para o extrator. Os Expanders podem ser usados para formar collets firmes e porosos (e um resfriador fornecido para reduzir a temperatura dos collets).
• Umidade e temperatura adequadas no extrator: cerca de 10% a 10,5% de umidade e 63 a 65°C no extrator. Com um leito raso, umidade maior é menos problemática – mas ainda reduz a penetração de solventes nas lâminas e causa outros problemas. A baixa umidade tende a causar finos, drenagem lenta, poeira no DT e DC e maior teor de solvente no farelo para o DT. Baixa temperatura diminuirá a extração e temperaturas mais elevadas podem exigir um condensador superdimensionado saída do extrator.
Figura 7: Laminador usado no processo de preparação de soja para laminar os quebrados, permitindo melhor extração do óleo.
 Há evidências de que a potência aplicada na produção das lâminas (ou collets) pode ajudar na extração, mesmo que as lâminas não sejam muito finas ou de alta qualidade. Em um caso, os rolos com superfícies danificadas que pareciam escamas de peixe (cobertas com fendas de 6 mm de diâmetro) precisavam de alta potência para fazer lâminas de aparência ruim e espessas – mas extraíram melhor do que o esperado.
 Alguns processadores recebem soja muito seca. Muitos decidem operar sem adição significativa de umidade. Alguns adicionam uma porcentagem de água durante a preparação. Isso geralmente é feito durante a etapa de cozimento e às vezes em um Expander. Alguns dizem que é importante adicioná-la à soja quebrada pelo menos 10 minutos antes da extração e usar água potável. O uso do descarte da água da torre de resfriamento ou condensado de vapor pode introduzir produtos químicos que causam alto teor de água no solvente fresco.
 
Figura 8: Lâminas de soja para alimentação do extrator de percolação.
 Laminas adequada devem drenar relativamente rápido e devem permitir uma extração eficiente. Muitas vezes, é possível obter cerca de 0,35 a 0,60% de óleo residual nas lâminas extraídas.
 c) Uso de Expanders:
 Muitas plantas em todo o mundo usam expanders para preparar soja para a extração.
 As vantagens incluem:
 • A mesma extração com laminas ligeiramente mais espessas (por exemplo: 0,35 mm para 0,38 mm) para uma potência e manutenção ligeiramente reduzidas nos laminadores; estimado em 0,59 kWh/ton. economizado.
• Densidade mais alta no extrator.
• Drenagem melhor (muito importante em unidade de alta camada).
• Menor conteúdo de solvente para o DT (muito importante em unidade de leito profundo).
• Aumento no rendimento de lecitina.
 Estes podem levar a operação mais consistente, maior capacidade com o mesmo óleo residual e perda de solvente e menor uso de vapor no DT e DC.
As desvantagens incluem:
 • O custo e espaço dos transportadores, expanders e resfriadores de collets adicionais.
• Aumento do consumo de vapor na preparação: um sistema de preparação fornecendo lâminas precisa aquecer os grãos de aproximadamente 20°C para 70°C, um aumento de 50°C. Um sistema fornecendo collets precisa aquecer de aproximadamente 20°C até 115°C, um enorme aumento de 95°C. Este aquecimento adicional requer consumo elétrico adicional e 41 kg/ton. Extras de consumo de vapor de soja processada.
• Possível aumento no teor de fósforo do óleo bruto, com óleo de pior qualidade para a refinaria.
• Energia elétrica e manutenção do expander e acessórios, de aproximadamente 3,7 kWh/ton adicionais para o sistema.
• Problemas relatados com névoa na miscela, espuma e depósitos de finos na destilação.
• Aumentos na perda de óleo neutro (até 2% maior), com um custo econômico significativo.
• Vantagens incertas: as vantagens serão suficientes para compensar as desvantagens com uma determinada combinação de equipamentos e situação de mercado?
 Muitos processadores adicionam um resfriador de collets após o expander para reduzir a temperatura da massa aos normais 65° no extrator, de modo a evitar a ebulição do solvente. O refrigerador também pode reduzir a névoa na miscela, espuma e depósitos de finos na destilação. Também pode reduzir a incidência de solvente esbranquiçado e aumento inexplicável da umidade durante a extração. É teorizado que o centro dos collets permanece quente durante muito tempo e libera gomas e açúcares no extrator e estas gomas e açúcares podem interferir tanto na extração quanto na separação solvente-água.
 Os expanders adequadamente utilizados oferecem benefícios semelhantes tanto em extratores de leito raso como leito profundo. No entanto, eles geralmente serão mais benéficos para uma planta ineficiente, com alta capacidade em um pequeno extrator ou DT ou com um extrator com problemas de drenagem específicos. Esses problemas podem ser devidos a: excesso de conteúdo fino; leitos mais altos do que desejáveis para um tipo particular de semente e condição do material preparado; ou telas que não são limpas e retardam a drenagem final do solvente antes da DT.
 Nós, em raras ocasiões, testemunhamos testes ou ouvimos relatórios que indicam porcentagens muito baixas de hexano de um extrator usando collets – com menos de 18%. A medição dessa porcentagem é muito difícil devido à amostragem não representativa e à evaporação rápida do solvente durante a amostragem e no laboratório. Quando podemos verificar tais percentagens (usando medidas como vazão de solvente e miscela, uso de vapor no DT e medições de umidade para e do DT), raramente vemos resultados abaixo de cerca de 27%. Os testes de escala de laboratório que usam farelo final re-encharcado às vezes dão porcentagens muito baixas, mas parecem não corresponder às condições normais de operação.
 Os dados de muitas plantas ao redor do mundo e os relatórios de vários processadores sugerem que os expanders em soja descascada reduzem o solvente para a DT, em uma planta “eficiente”, de cerca de 31% para 26%, e em uma planta “ineficiente” de 37% para 28%. Ambos reduzirão os custos na extração, mas a melhoria de 5% na planta "eficiente", economizando cerca de 31 kg de vapor por tonelada processada nos sistemas de extração e DTDC pode não ser suficiente para compensar os custos extras na preparação para a adição de expanders, com sua manutenção, vapor adicional de 41 kg de vapor por tonelada ou energia elétrica adicional de cerca de 3,6 kwh por tonelada. A melhoria de drenagem de 9% na planta de extração "ineficiente", economizando talvez 61 kg de vapor por tonelada pode ser suficiente para tornar os expanders uma boa escolha – o 61 kg de vapor por tonelada é mais valioso do que os 41 kg de vapor por tonelada e 3,7 kwh por tonelada adicionados em preparação.
 
Figura 9: Percolação de miscela em extrator de percolação de leito raso.
 Note-se que, nos exemplos acima, a planta "eficiente" funcionará a custos globaismais baixos (com ou sem expander) do que a planta "ineficiente" (com ou sem expander). Observe ainda que a planta "ineficiente" precisa que o expander permaneça eficiente e fácil de operar, mas a planta "eficiente" funciona muito bem sem um expander. A adição de expanders é, em muitos casos, opcional e nas melhores plantas (se não houver outro problema, como gossipol de algodão ou rendimento de lecitina) pode até ser uma complicação desnecessária e um custo adicional líquido.
 d) “Óleo Residual em Extração por Solvente” – um guia
 Para resumir, a extração depende de CINCO fatores básicos: preparação de material de alimentação, solvente suficiente, contato efetivo, tempo suficiente e temperatura adequada. Em termos mais práticos, esses fatores básicos se tornam:
 • Preparação: conforme discutido anteriormente.
• Solvente: uma proporção de solvente suficientemente alta, um número suficiente de estádios em contracorrente efetivos e solvente puro.
• Contato: material corretamente preparado com alta área de superfície e boa porosidade e um extrator que forneça lavagem e drenagem eficazes.
• Tempo: tempo suficiente, entre 30 a 50 minutos para a soja, dependendo da altura do leito, espessura da lâmina e outras variáveis, para permitir que os processos de dissolução e fluxo ocorram.
• Temperatura: manter a temperatura para permitir o fluxo rápido de solvente e miscela.
 
Logo abaixo se encontra algumas tabelas que preveem os efeitos das principais variáveis, tais como a espessura da lâmina e a temperatura do extrator de leito raso sob o óleo residual do farelo. O gráfico trata da soja, mas a maioria dos fatores são semelhantes para outros produtos.
 
Figura 10: Guia simplificado para estimar os efeitos no resultado de óleo final no farelo para diferentes parâmetros de extração.
 e) Fluxo em Contracorrente:
 Um extrator muito simples pode usar uma grande quantidade de solvente fresco em todos os estágios. No entanto, seria muito dispendioso operar porque essa enorme quantidade de solvente teria que ser destilada para recuperar o óleo. Portanto, o uso de solvente fresco é reduzido ao mínimo. O solvente fresco é usado no estágio de lavagem final e para fornecer vazão suficiente para os estágios iniciais de extração, o solvente é reutilizado ou "recirculado" através do material em estágios que são grosseiramente contracorrente para o fluxo de sólidos.
 
Figura 11: Conceito da extração em contracorrente.
 Para descrever o fluxo de contracorrente, visualize um extrator de linha reta simples em que os sólidos vão da esquerda para a direita em uma unidade e o solvente está entrando na extremidade direita da máquina. O solvente fresco primeiro passa pelos sólidos que já foram bastante bem extraídos. O solvente é então reutilizado em múltiplos estágios em direção à extremidade esquerda, passando pelo leito repetidamente, pegando óleo e tornando-se uma miscela mais concentrada. Esta miscela rica em óleo ainda possui um teor de solvente suficiente para extrair efetivamente mais para a esquerda, onde os sólidos contêm mais óleo. Finalmente, a miscela sai na extremidade esquerda da unidade. O fluxo dos sólidos da esquerda para a direita é oposto ao fluxo do solvente da direita para a esquerda – e desta forma chamamos isto de contracorrente ou contra-fluxo. Praticamente todos os extratores comerciais tentam a usar esse método de fluxo básico.
 Como os estágios finais removem apenas uma pequena quantidade de óleo do farelo (aproximadamente ½% a 1% de teor de óleo), o solvente ainda é quase puro quando é reutilizado nos estágios seguintes. A concentração de miscela aproximadamente duplica em concentração em cada estágio; se começarmos na extremidade de entrada da lâmina, isso significa que as concentrações do estágio podem ser: miscela total = 32% - 16% - 8% - 4% - 2% - 1% - 0% = lavagem solvente final.
Figura 12: Exemplo de curva de extração.
 As lâminas ficam mergulhadas em miscela com baixo teor de óleo durante o último terço do tempo antes da descarga. Portanto, a miscela presa dentro das partículas perto do final da unidade é mais provável que seja baixa em teor de óleo. A lavagem final do solvente não removerá toda essa miscela, uma parte da mesma irá para o DT e permanecerá no farelo durante a Dessolventização. Por conseguinte, é importante que os estágios sejam em contracorrente e que a lavagem final seja solvente puro.
 Leito Raso e Profundo
 a) O que é Leito Raso? – Definição #1:
 Usamos duas definições para classificar os extratores como "leito profundo" ou "leito raso". Primeiro é a definição mais simples: qualquer leito até cerca de 1 metro nós chamados de "raso". Acima de 1 metro algumas das características de um leito profundo se tornam evidentes com alguns produtos e acima de 1,5 ou 2 metros essas características, em alguns casos, se tornaram bastante significativas.
 Ambas as máquinas de leito raso e profundo podem extrair muito bem. É claro, no entanto, que certas vantagens estão disponíveis abaixo de cerca de 1 metro, que não estão disponíveis nos leitos mais altos. Um dos requisitos mais óbvios para uma boa extração é que o material deve permitir que o solvente flua livremente para dentro e para fora novamente. Isso geralmente é chamado de "boa drenagem" ou "boa percolação". Geralmente, quanto mais alto o leito, menos certa é a drenagem, simplesmente porque há mais distância de material pelo qual tem-se que drenar, menor área de tela por volume de material e mais finos por área de tela.
 Há também mais peso do leito (e, às vezes, líquido no topo do leito) para compactar o leito logo abaixo em uma massa impermeável. Por exemplo, um leito de 2,5 m parcialmente saturada com miscela coloca uma pressão de 2.400 kgf/m² na camada inferior do material. Isso é cerca da mesma pressão de duas pessoas paradas em cima de um caderno. O material frágil pode não ficar muito "fofo" e aberto a drenagem sob essa compressão! As unidades de leito raso, portanto, são muitas vezes mais capazes de usar materiais finos, frágeis ou empoeirados.
 Além disso, em nossos testes de laboratório, lâminas sob ligeira compressão retiveram o mesmo ou mais solvente do que lâminas soltas, provavelmente devido às fibras estarem mais próximas e à ação capilar. A alta retenção de solvente ou miscela é prejudicial à extração e Dessolventização. Somente em pressões bastante elevadas, o solvente começou a ser espremido para fora de novo.
 Os leitos rasos, é claro, permitem que o solvente ou miscela escoem mais rapidamente devido ao aumento da velocidade de drenagem e à curta distância. O solvente drenará através de um leito de 500 mm de lâminas em uma tela estacionária em cerca de 20 segundos – mais de 50 m³/h/m². Nós estimamos que a área inundada real de uma máquina de leito raso drenará miscela quente em cerca de 37,5 m³/h/m². Os dados publicados há alguns anos atrás para unidade de leito profundo indicam inundações entre 20 e 23 m³/h/m². Menos tempo é necessário para drenar através de um leito raso para introduzir miscela, para mudar a miscela em cada estágio e (o mais importante) para alcançar a drenagem final. Com uma drenagem final mais curta, a máquina pode ser construída com uma maior proporção de etapas de lavagem de extração no tempo total de retenção. Esses efeitos reduzem o tempo de retenção total necessário – particularmente em materiais de drenagem lenta.
 b) O que é Leito Raso – Definição #2:
 Relação C / A. Outra definição de uma unidade de leito raso, que é útil para alguns propósitos, é a relação entre o comprimento do leito (C) e a altura do leito (A). Nós chamamos extratores com uma relação de "comprimento por altura" superior a 20 por 1 de "leito raso". Se a relação for inferior a 20 por 1, chamamos de unidade de leito profundo. Um leito longo e raso é vantajoso para proporcionar uma melhor definição de estágios para a miscela. Obviamente, é difícil colocar seis estágios de lavagem e tremonhas separadas sob um leito de 3 metros de comprimento e 3 metros de profundidade – mas é bastante fácil fazê-lo comum leito de 15 metros de comprimento e 60 centímetros de profundidade!
 
Embora não haja uma máquina construída com uma proporção tão ridícula como 1 por 1, como neste primeiro exemplo, isso serve para tornar esse princípio básico fácil de compreender. A miscela de cada estágio tende a se espalhar nas partículas do leito e misturar, prejudicando a separação de estágio. Além disso, qualquer inundação superficial do leito terá uma distância mais curta para fluir lateralmente para alcançar a tremonha de miscela errada. E, novamente, qualquer tempo inesperadamente mais longo necessário para drenar através de um leito mais profundo (devido à má preparação), à medida que o leito está se movendo pela máquina lateralmente, pode colocar o ponto de drenagem final do fundo do leito sobre a tremonha errada.
 
Figura 13: Esquema mostrando o espalhamento da miscela para diferentes tipos de alturas de leito em extratores de percolação.
 Algumas fontes sugeriram que a extração só ocorre diretamente sob uma lavagem de solvente ou de miscela, onde o leito está saturado com miscela. Testes e lógica indicam que isso é verdade apenas em casos extremos. A extração prosseguirá normalmente, desde que haja solvente fresco suficiente para o extrator, bons estágios de contracorrente e o correto volume de lavagem por estágio para remover e substituir a miscela à medida que esta é carregada com óleo. Em 1977, testamos essa teoria. Uma máquina de leito raso, operando a plena capacidade, tinha todos os chuveiros abertos operando por vários turnos para estabelecer uma linha de base de óleo residual. Em seguida, desligamos de dois em dois chuveiros e permitimos que o leito fosse parcialmente coberto por miscela na superfície. Óleo residual, como uma média de todas as lâminas extraídas e farelo final, foram muito ligeiramente alterados! Acreditamos que o motivo foi que a separação de estágios foi melhorada, permitindo que o material drenasse ligeiramente melhor entre os estágios. Em outros testes, nós bloqueamos grandes áreas da tela para permitir que o leito inundasse em grandes áreas e não houve melhora notável nos residuais. Nós também temos o suporte da lógica: um leito inundado tem cerca de 55% de líquido em peso e um leito parcialmente drenado (cerca de 1 minuto sem lavagem) entre os estádios tem talvez 40% de solvente por peso; para comparação, espera-se cerca de 31% após a drenagem final. Em ambos 55% ou 40%, a quantidade de miscela é muito maior do que a quantidade de óleo no leito – e a miscela está concentrada dentro da partícula onde ainda é bastante agressiva em contato e dissolução do óleo. É importante ter estádios de contracorrente efetivos, ter solvente final puro, lavar todas as partículas uniformemente e lavar suficientemente para alterar a miscela de concentração mais alta em cada estágio.
 
Figura 14: Esquema mostrando as concentrações de miscela para diferentes pontos do extrator tipo leito raso.
 3. “Canalização da Miscela”, Migração da Umidade, Carregamento em Pasta:
 Para obter um bom contato em um extrator de leito profundo com "células" ou "cestas", é muito útil inundar totalmente a superfície irregular do material com solvente, de modo a molhar todas as áreas do leito. Existe também um potencial para "canalização" em que o solvente corre pelas paredes das células e não faz contato suficiente com algumas áreas do leito. Um leito de 1,8 metros de altura e 30 centímetros de largura em nosso laboratório foi inundado no topo por 20 minutos, mas teve uma área completamente seca – uma "bolha" de ar preso – no centro do leito de 60 a 120 centímetros de profundidade. Aparentemente, a camada de flocos atuava como uma coluna empacotada: o líquido que entra em contato com uma parede lateral tende a escorrer por essa parede lateral em vez de percolar através das lâminas no centro. As unidades de leito profundo bastante frequentemente neutralizam isso preenchendo uma pasta, para fornecer um bom encharcamento inicial. Uma vez que o material está embebido, tenderá a "permear" lavagens de solventes posteriores, reduzindo ou impedindo esses efeitos de "canalização". Uma unidade de leito raso não tem as proporções de altura e comprimento que causam esse problema e geralmente são carregadas secas. Mas é essencial que o solvente seja distribuído uniformemente em toda a largura do leito raso, à medida que ele viaja, para obter um bom contato com todas as partículas. Ambos os projetos de leito raso e profundo extraem eficientemente quando são operados corretamente.
 
Figura 15: Efeito da canalização da miscela, que ocorre em extratores de leito profundo.
 A migração da umidade é um efeito que tende a aumentar ligeiramente a umidade do farelo na camada inferior do leito. Se houver uma taxa de drenagem relativamente lenta e uma grande altura, a miscela que entra no topo do leito começa a adicionar óleo e tende a rejeitar a umidade à medida que avança para baixo. O resultado é mais umidade nas camadas inferiores do leito – geralmente de pouca importância.
 4. Resumo:
 Três tipos de extrator. A figura 16 mostra vários tipos comuns de extratores. Essas máquinas podem ser categorizadas da seguinte maneira: o extrator Crown tipicamente tem uma proporção de cerca de 50:1, por exemplo, um leito de 27 m de comprimento e 0,5 m de altura. Obviamente, o leito é curvado em um “loop” para compacidade, como descreveremos mais tarde. As unidades lineares muitas vezes têm uma proporção da ordem de 15:1, por exemplo, um leito 18 m de comprimento com 1,2 m de altura; tais unidades estão entre uma unidade de leito profundo e leito raso.
 
Figura 16: Diferentes tipos de extrator: leito raso e leito profundo.
 Os extratores redondos têm uma proporção de cerca de 10:1 na circunferência externa e apenas 4:1 na circunferência interna. Isso é difícil de categorizar e a geometria não funcionará bem, exceto se o leito está contido em células ou cestas, de modo que as placas verticais separam o farelo em cerca de 16 a 20 colunas distintas. Essas paredes das células forçam a miscela a viajar dentro da coluna e cair na tremonha correta logo abaixo. Como observado anteriormente, eles geralmente são alimentados com uma pasta de miscela e lâminas (ou collets) e funcionam bastante bem.
 Operação do Leito Raso Crown:
 a) Leito Raso:
 O Extrator Crown é mostrado na figura 2. O extrator Crown é claramente uma unidade de leito raso. De acordo com a primeira definição acima, é raso porque, em todos os casos, o leito tem menos de 1 metro de profundidade. E de acordo com a segunda definição é raso porque a relação comprimento por profundidade do leito útil é superior a 20:1.
 b) Forma Compacta em Loop:
 O leito raso no projeto Crown pode ser longo porque é curvado em uma forma de loop. Isso economiza área e faz melhor uso da corrente e da seção, porque a primeira passagem e o comprimento de retorno da corrente são usados. O loop também possui vantagens menos óbvias. Por exemplo, nos Modelos 2 e 3, o leito tem um aclive até a descarga. Portanto, é muito difícil para grandes volumes de líquido sobre a superfície do leito escorrer para a descarga e sobrecarregar o equipamento de Dessolventização, geralmente um Tostador-Dessolventizador (DT).
A seção curvada também gentilmente gira a cama, permitindo que a miscela entre em contato com o leito e se aproxime de cada partícula de muitos ângulos. Isso pode ajudar a reduzir a chance de não molhar adequadamente todas as áreas do leito.
 
Figura 17: Reversão do leito de extração, que o corre no extrator Crown modelo 3.
 c) Telas:
 Muitos extratores não-Crown, possuem telas que se movem com o leito. Em algumas máquinas, elas fazem parte de um fundo articulado da célula em que cada coluna de farelo é transportada. Em outras, as telas fazem parte de uma esteira móvel debaixo do leito. No design Crown, a tela é estacionária. É constituído por barras que correm longitudinalmente, paralelamente ao movimento da corrente e do leito. A tela estacionária é presa firmemente na esquadria ou na seção da máquina. O resultadoé que o material desliza sobre as barras de aço lisas e fendas de drenagem lisas e varre obstruções ao longo dessas fendas até que essas caírem através da abertura. As fendas são aliviadas no lado inferior para permitir a passagem livre de partículas que podem ser pequenas o suficiente para passar pelas aberturas. (Estas partículas são então enviadas de volta ao topo do leito pelas bombas de recirculação).
 
Figura 18: Telas do extrator Crown modelo 3.
 Essas telas geralmente não corroem significativamente quando usadas em soja ou na maioria das outras oleaginosas. Isto é, em parte, porque eles estão localizados sob o leito onde tipicamente quase não há oxigênio ou outros gases não condensáveis. Eles também não se desgastam significativamente porque são banhados na miscela rica em óleo, a parte ranhurada não suporta o peso da corrente e as telas são fortes o suficiente para evitar danos causados pelas operações ou por pessoas que andam sobre elas durante a manutenção. Telas existentes em soja duraram mais de 25 anos sem ampliar suas aberturas excessivamente. Eles podem precisar de limpeza mecânica se uma grande quantidade de água for enviada para o extrator, embora em um caso uma unidade estivesse cheia de lâminas de soja embebidos em água pura por 5 dias e não exigiu a entrada. Recomendamos verificar as aberturas da tela visualmente uma vez por ano e limpar apenas se elas parecem ter um acúmulo significativo nas aberturas.
 d) Simplicidade:
 O extrator Crown é uma máquina muito confiável. A corrente e o eixo principal são as únicas partes móveis importantes. A corrente está aberta ao fluxo livre de miscela em todas as direções, sendo muito robusta e de longa duração. A corrente do Modelo 3, novamente em soja ou sementes similares, prevê que dure mais de 10 anos antes da substituição de buchas e pinos baratos.
A máquina não tem mecanismos internos complicados, por exemplo, portões, dobradiças, travas, limpadores de pista, alavancas, rolamentos, telas móveis, selos de leito de canto inferior, etc. Não há caminho de retorno de uma corrente vazia em um duplo fundo onde pode coletar fino ou lâminas dispersas. Se uma parte ou recurso não existe, ele não falhará ou precisará de um reparo à meia-noite!
 e) Visibilidade e Acesso:
 A forma Crown permite uma excelente visibilidade durante a operação e acesso durante a manutenção. Visores estão localizados ao longo dos lados superior e inferior do leito e nos tampos para iluminação. Como o leito é longo e estreito, é fácil de ver em toda a largura e ter uma boa ideia do que está acontecendo dentro, a qualquer momento ou em qualquer ponto da unidade.
 
Figura 19: Extrator Crown modelo 3 em operação.
 Durante a limpeza ou manutenção, o trabalho menor pode ser realizado através dos visores e o trabalho principal pode ser feito através de grandes tampas que estão localizadas ao longo da parte superior de cada seção principal. Essas tampas permitem o acesso direto às telas e à maior parte da corrente. A maioria dos trabalhos de manutenção dentro da máquina pode ser feito enquanto estiver em pé sobre as telas, com uma ou mais tampas abertas e com a parte superior do corpo acima da seção em visibilidade total e no ar fresco. Normalmente, deve haver uma emergência que exija que uma pessoa entre na seção sob as telas e o leito de farelo carregado com hexano.
 f) Controle de Nível de Entrada Automático:
Uma característica útil usada em quase todos os Extratores Crown é o sistema automático de controle de nível na tremonha de entrada. O sistema ajusta a velocidade da unidade para combinar exatamente com a taxa de alimentação do material na máquina.
 
Figura 20: Tremonha de alimentação do extrator Crown modelo 3.
 O conceito e o equipamento são bastante simples: há uma chapa acima da corrente na área de entrada de lâminas que sempre corta o leito na altura de operação de leito cheio. Isso significa que a velocidade da corrente é diretamente proporcional às toneladas de material de alimentação por dia que a máquina está processando. Um sensor mede a altura dos materiais na tremonha de alimentação do extrator e, se o nível for muito alto, acelera gradualmente a corrente do extrator para passar mais materiais pelo extrator. Se o nível estiver muito baixo, ele gradualmente diminui a velocidade do extrator para permitir que o material se acumule na tremonha de entrada.
 O primeiro benefício é que isso é feito automaticamente, sem a atenção contínua do operador.
 Um segundo benefício é que, por ser um ajuste contínuo, não precisa da margem de erro que o operador deve permitir. Portanto, o extrator sempre mantém um leito cheio e sempre usa seu volume e retenção máximos para processar eficientemente a tonelagem fornecida na preparação.
Figura 21: Sensor de nível da tremonha de alimentação.
 
Um terceiro benefício importante da altura constante do leito no extrator é que o volume de lâminas ou torta no processo é constante, o que significa que a quantidade de solvente mantida no material é aproximadamente constante. Nota-se que o solvente nesses materiais é cerca de metade do solvente em toda a planta! Isso ajuda a manter constante a quantidade de solvente nas tremonhas dos vários estágios da unidade, de modo que as lavagens dos estágios sempre funcionam a uma taxa constante e sem privação ocasional por falta de miscela. Da mesma forma, o tanque de trabalho de solvente e tanques de armazenamento permanece em níveis muito constantes. Uma vez que a vazão de entrada e saída do extrator está livre de surtos, a destilação é capaz de operar sem problemas. Toda a operação é um pouco mais estável – e mais fácil de operar com a máxima eficiência e uniformidade do produto.
 Um quarto benefício é que a tremonha de entrada geralmente está cheia de lâminas ou torta contendo óleo, descendo lentamente. Se houver pressão momentânea no extrator, os vapores tentarão subir através deste material. O óleo tende a absorver o hexano desta mistura de gases e ar – reduzindo ou eliminando a perda de hexano na entrada.
 Um quinto benefício é o uso conveniente da velocidade do acionamento para ajudar a controlar todo o processo. Conforme observado acima, a velocidade da corrente do extrator é quase exatamente proporcional à vazão de toneladas por dia do material que está sendo processado. Isso permite o uso da rotação do acionamento como um sinal de alimentação que pode ajudar a controlar outros processos na planta. Por exemplo, isso pode ajudar o DT a antecipar surtos na tonelagem e ajustar a vazão de vapor ou secagem.
 
g) Descarga Uniforme e Segura:
 
A descarga de material sólido de um extrator de leito raso é muito uniforme. Em muitos extratores, o leito está em cerca de 20 células distintas e a descarga consiste em deixar cair uma grande quantidade de farelo por vez – em unidades maiores, aproximadamente cinco toneladas caindo cerca 3,7 metros de altura num segundo sobre o transportador de descarga. Em comparação, o extrator Crown não possui células distintas e há cerca de 90 arrastadores de corrente. Um único arrastador é cerca do máximo que pode ser despejado por vez e geralmente pequenas aglomerações ou talvez metade de um arrastador por vez pode cair – em uma grande unidade Crown cerca de ½ tonelada caindo cerca de 1,2 m para o transportador de descarga. O resultado é que o transportador de descarga raramente quebra devido a tensão de uma condição incomum – e se for entupir devido a um pedaço de ferro preso, há menos chances de ter uma enorme pilha de farelo e solvente em cima do transportador quebrado.
 
Figura 22: Descarga do leito de farelo em diferentes tipos de extrator.
 Outro resultado é que a vazão para o Dessolventizador é muito mais uniforme. Primeiro, o farelo tende a vir em 90 a 180 descargas por ciclo de extração em vez de cerca de 18. Olhando de outra forma, isso significa talvez 4 pequenas descargas por minuto, em vez de uma grande descarga a cada 2 ou 3 minutos. Em segundo lugar, o farelo é mais uniforme e com baixo teor de solvente devido ao leito raso.O Dessolventizador pode então operar de forma mais constante, com menos compensação de seus controles e menor demanda, a qual poderia prejudicar sua capacidade de eficiência de Dessolventização.
 O extrator Crown também possui uma vantagem se os vapores do DT fluem de volta através dos transportadores e para o extrator. Estes vapores não podem entrar em contato facilmente com a tela ou com a maior parte do leito de lâminas.
 
Figura 23: Sentido dos gases numa eventual pressurização do DT, para extrator de leito profundo e leito raso Crown.
h) Baixo Volume de Solvente no Processo:
 
O extrator Crown possui várias características que contribuem para um tempo de retenção mais curto do que muitas máquinas de leito profundo. A lavagem uniforme do leito, a falta de paredes de células e a suave virada na seção encurvada diminuem ligeiramente o tempo de extração. As telas efetivas e o leito raso reduzem o tempo necessário para a drenagem final para menos da metade exigido por muitas máquinas de leito profundo. A geometria do leito e as telas efetivas resultam em uma separação eficiente do estágio, reduzindo a concentração de óleo na miscela presa dentro das partículas – uma parte significativa do óleo residual total indo para o DT. A tela e o leito baixo permitem flocos ligeiramente mais finos ou o uso de collets – qualquer uma com eficiência máxima – permitindo um menor tempo de extração.
O extrator Crown também possui uma alta densidade de carga devido à geometria da entrada. As lâminas de soja descascadas carregam regularmente a corrente em cerca de 460 kg/m³ (densidade aparente), o que reduz o volume necessário para proporcionar o tempo de extração. Isso também reduz os vazios que seguram miscela ou hexano, reduzindo a quantidade de solvente necessária para operar. Conforme observado anteriormente, o uso de expanders geralmente aumentará a densidade ainda mais, proporcionando maior tempo de retenção ou maior capacidade.
 
O extrator Crown também possui o sistema de controle de nível automático que faz uso total de 100% do volume de projeto, ao contrário de muitos outros extratores que devem ser construídos para operar com algumas células vazias – geralmente usando apenas cerca de 90% do volume total ou mesmo menos se os operadores não forem muito atentos.
 
Figura 24: Maquete 3D de um extrator leito raso Crown.
 A maioria desses recursos foi discutida neste artigo. Mas, juntos, eles oferecem mais uma vantagem. Em comparação com as antigas máquinas de leito alto, o design Crown geralmente tem menos volume de leito de extração e muito menos hexano em processo. Isso pode resultar em muito menos volume de solvente necessário para colocar a planta em marcha, muito menos miscela para drenar ou remover em uma emergência e tanques de solvente e Solvent Trap muito menores. Combinado com o volume de miscela mais constante em processo, pode haver uma preocupação significativamente menor sobre os volumes de solvente gerenciados.
 i) Flexibilidade em Relação a Paradas:
 O extrator também é, de certa forma, único, pois geralmente pode ser desligado sob carga por períodos curtos ou longos, em muitos produtos, sem danos. Não recomendamos isso porque apresenta preocupações de segurança incomuns, pode levar a uma corrosão significativa dentro do equipamento ou vasos de destilação, ou pode resultar em algumas situações em que o produto não consegue ser transportado ou descarregado deste ou outro equipamento de processo. No entanto, algumas plantas (para produtos especiais) param o processo todos os fins de semana sem esvaziar o extrator de sólidos ou miscela, simplesmente recomeçando em uma sequência bem pensada na próxima segunda-feira. Muitos poucos outros extratores permitiriam tal flexibilidade.
 
j) Baixa Geração de Finos:
 
O extrator de leito raso tem uma queda relativamente baixa na tremonha de entrada, baixa pressão no fundo do leito para evitar esmagamentos de lâminas frágeis e uma suave virada do leito na seção curva de cauda. Ele transmite com o princípio "en masse", de modo que apenas uma pequena porcentagem de lâminas na parte inferior e nos lados do leito experimentam um movimento relativo ou fricção. As superfícies interiores ficam rapidamente muito brilhantes e oleosas e as aberturas da tela estão na direção do movimento para evitar fricção ou corte de materiais. A descarga é relativamente suave e não requer uma grande moega de descarga ou dispositivo "separador". Como resultado, o extrator gera extremamente poucos finos que podem interromper a destilação ou interromper o fluxo de vapor através do farelo nos equipamentos DT ou Secador-Resfriador.
 
k) Hidrociclone:
 
Por mais de 50 anos, a Crown tem usado hidrociclones ou ciclone-líquidos para clarificar a miscela antes de ir ao sistema de destilação. A miscela do extrator, que contém um conteúdo muito pequeno de finos, entra no hidrociclone a alta velocidade e gira rapidamente. O fino mais pesado é jogado para a parede do ciclone. Este fino e uma pequena quantidade de miscela caem pelas paredes do ciclone, passam pelo orifício de descarga inferior, retornam ao extrator e são distribuídos de volta na superfície do leito de flocos. O leito filtra os finos e eles vão com os sólidos ao DT. A maioria da miscela sobe pelo centro do ciclone e vai ao evaporador – com a maioria dos traços de finos removidos.
 
Na maioria dos casos, este sistema simples e confiável remove adequadamente os finos, para manter o equipamento de destilação limpo. Em uma pesquisa recente, dos mais de 200 extratores em serviço, estimamos que menos de 5 tinham filtros de miscela. Um dos melhores resultados para miscela de soja: o conteúdo total insolúvel (finos) foi de 86 ppm (0,0086%) antes do hidrociclone com algumas partículas de lâminas visíveis e o conteúdo foi de 28 ppm (0,0028%) depois, sem absolutamente nenhum pó visível ou nebulosidade. Em geral, a miscela de soja de um hidrociclone é suficientemente limpa para operações de plantas e para produção de lecitina de qualidade inferior – mas não para lecitina de melhor qualidade.
 
Figura 25: Hidrociclone utilizado na clarificação de miscela.
 
Os hidrociclones, no entanto, dependem de partículas identificáveis e de alta densidade. Um resultado muito fraco foi com torta de cártamo muito seca, quebrada agressivamente em um moinho de martelo e produzindo um "fino" com densidade semelhante ao da miscela. O hidrociclone extraiu um conteúdo de 0,19% da mistura sólido-água-óleo – muito menor do que o desejado. Neste caso, foi necessária uma alteração na preparação para fornecer um melhor material.
 
Um hidrociclone funciona melhor quando alimentado a pressão constante. Deve ter uma alta pressão de entrada e um equilíbrio correto de taxa de reciclagem, pressão de descarga e orifício inferior, de modo a proporcionar uma taxa de rotação muito alta no ciclone. Com o projeto, a instalação e a operação corretos, o hidrociclone é um meio confiável e relativamente eficiente de clarificar a miscela.
 l) Fácil de Instalar, Expandir, Transportar:
 Um fator de conveniência não associado à operação é a facilidade de transporte e montagem do design Crown. Ele é parafusado com flanges nas extremidades e as peças maiores são adequadas para transporte de caminhão, trem ou navio. Em muitos casos, é necessária pouca ou nenhuma solda para a instalação. A montagem do extrator é muito rápida – economizando talvez dois meses de tempo de vários trabalhadores – e até mesmo a tubulação geralmente é pré-montada e marcada na fábrica. Se, no futuro distante, a máquina for removida e uma maior instalada, ela pode ser vendida com a garantia de que pode ser desmontada e enviada para um novo proprietário sem ser cortada em pedaços menores.
 
Figura 26: Seção inferior do extrator Crown modelo 3 sendo transportada para instalação no canteiro de obras.
 Uma Palavra sobre Segurança e Treinamento:
 Não me concentrei na segurança neste artigo. No entanto, a segurança é uma preocupação importante nas plantas de extração de hexano (devido à altainflamabilidade do hexano), bem como no uso de outros produtos químicos, no armazenamento e manuseio de grãos e na operação e manutenção de máquinas de processamento mecânico. A maioria das lesões acidentais parece ser de causas mecânicas, tais como quedas e falha no bloqueio de máquinas em manutenção. Fogo ou explosão, no entanto, podem ser muito repentinos e muito prejudiciais se não forem observadas precauções. Existem muitos códigos e padrões de segurança e outros tópicos essenciais para operações adequadas. Por exemplo, obtenha e leia uma cópia da NFPA 36 "Plantas de extração de solventes". Este é um padrão nacional de segurança contra incêndios nos EUA e foi editado e melhorado há muitos anos. Também entregamos vários artigos sobre segurança e gostaríamos de fornecer uma cópia se você não encontrar uma versão publicada em seus arquivos.
 Por favor, observe que todas as informações acima são muito gerais e não podem ser aplicadas em nenhuma planta ou situação específica até serem verificadas e adaptadas pelo gerenciamento da planta.
 Por último, mas não menos importante, é a característica mais importante de uma planta, tanto para operação eficiente quanto para segurança: as pessoas. Certamente você preferiria um mecânico com uma boa atitude e excelente treinamento para trabalhar no seu novo carro. Você também não quer alguém positivo e capaz de fazer um trabalho crítico em sua planta de extração? Seja essa pessoa você mesmo e espere isso dos outros: um dos melhores conselhos que eu ouvi foi há mais de 35 anos, "Nós somos pagos pelo valor – então trabalhe em si mesmo para se tornar de valor!" Pessoas com uma atitude saudável e um bom treinamento são essenciais para segurança, eficiência e operação confiável. C