Projetos 2 Ácido Cítrico

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 UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL 
ÁREA DO CONHECIMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS 
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
PROJETOS DE INSTALAÇÕES DA INDÚSTRIA QUÍMICA II 
 
 
 
 
 
 
INDIARA CERIOTTI BOMBANA 
JULIA CESA PAGNUSATI 
MAIKOL VEDANA 
THAMARA SANDRI ROSA 
VANESSA BIONDO ROSA 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE ÁCIDO CÍTRICO POR FERMENTAÇÃO SUBMERSA COM 
Aspergillus niger A PARTIR DE SACAROSE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAXIAS DO SUL 
2017 
 
 1 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 4 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................. 6 
2.1 ÁCIDO CÍTRICO ........................................................................................ 6 
2.2 MATÉRIAS-PRIMAS PRINCIPAIS ............................................................. 9 
2.3 ASPERGILLUS NIGER ............................................................................ 11 
2.4 CONDIÇÕES DE CULTIVO ..................................................................... 12 
2.4.1 Processo de fermentação submersa .................................................... 13 
2.4.2 Fatores que afetam a fermentação ....................................................... 14 
2.4.2.1 Fonte de carbono ..................................................................................... 14 
2.4.2.2 Limitação de nitrogênio ............................................................................ 15 
2.4.2.3 Limitação de fósforo ................................................................................. 16 
2.4.2.4 pH do meio de cultura .............................................................................. 16 
2.4.2.5 Aeração .................................................................................................... 17 
2.4.2.6 Elementos traços ...................................................................................... 17 
2.4.2.7 Álcoois inferiores ...................................................................................... 18 
2.4.2.8 Lipídeos .................................................................................................... 18 
2.4.2.9 Morfologia dos fungos .............................................................................. 18 
2.5 PROCESSO/OPERAÇÕES UNITÁRIAS ................................................. 20 
2.5.1 Fermentação ........................................................................................... 20 
2.5.2 Remoção da biomassa ........................................................................... 21 
2.5.3 Isolamento do ácido cítrico: precipitação e cristalização .................. 22 
2.5.4 Isolamento do ácido cítrico: extração .................................................. 23 
3 DIAGRAMAS ........................................................................................... 26 
3.1 DIAGRAMA “INPUT/OUTPUT”................................................................. 26 
3.2 DIAGRAMA DE BLOCOS ........................................................................ 27 
3.3 DIAGRAMA DE FLUXO DO PROCESSO ................................................ 28 
4 BALANÇO DE MASSA ............................................................................ 30 
4.1 INÓCULOS ............................................................................................... 31 
4.2 FERMENTADORES ................................................................................. 33 
4.3 FILTRO PRENSA ..................................................................................... 34 
4.4 CARVÃO ATIVADO E RESINA TROCADORA DE ÍONS ........................ 35 
4.5 EVAPORADOR DE TRIPLO EFEITO ...................................................... 36 
4.6 SPRAY DRYER E CICLONE.................................................................... 37 
 
 
5 BALANÇO DE ENERGIA ........................................................................ 40 
5.1 BOMBAS .................................................................................................. 40 
5.2 ESTERILIZAÇÃO DOS FERMENTADORES ........................................... 42 
5.3 EVAPORADORES ................................................................................... 44 
5.4 SPRAY DRYER ........................................................................................ 45 
6 CARTA DE GANTT .................................................................................. 48 
7 DIMENSIONAMENTO DE EQUIPAMENTOS .......................................... 50 
7.1 TANQUES DE INÓCULOS E FERMENTADORES .................................. 50 
7.1.1 Tanques de inóculos .............................................................................. 50 
7.1.2 Fermentadores........................................................................................ 51 
7.1.3 Detalhamento dos Fermentadores ........................................................ 52 
7.2 FILTRO PRENSA ..................................................................................... 53 
7.3 CARVÃO ATIVADO E RESINA DE TROCA IÔNICA ............................... 55 
7.4 EVAPORADOR DE TRIPLO EFEITO ...................................................... 57 
7.5 SPRAY DRYER ........................................................................................ 59 
7.6 CALDEIRA ............................................................................................... 60 
8 ANÁLISE FINANCEIRA DE EQUIPAMENTOS E INSTALAÇÕES ......... 62 
8.1 EQUIPAMENTOS ..................................................................................... 62 
8.2 INSTALAÇÕES ........................................................................................ 62 
9 NORMAS REGULAMENTADORAS ........................................................ 63 
10 REGISTROS, LICENÇAS E CERTIFICADOS ......................................... 66 
10.1 LICENCIAMENTO AMBIENTAL ............................................................... 66 
10.2 CERTIFICADO DA ANVISA ..................................................................... 66 
10.3 PLANO DE PREVENÇÃO E PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIOS........... 67 
10.4 CERTIFICADO DE REGISTRO CADASTRAL E CERTIFICADO DE 
LICENÇA DE FUNCIONAMENTO ........................................................... 67 
11 PLANTA BAIXA ....................................................................................... 68 
12 ANÁLISE ECONÔMICA .......................................................................... 70 
12.1 ANÁLISE I ................................................................................................ 70 
12.2 ANALISE II ............................................................................................... 71 
12.3 ANALISE III .............................................................................................. 72 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 74 
APÊNDICE A – BALANÇO DE MASSA PARA PRODUÇÃO DO ÁCIDO CÍTRICO
 ................................................................................................................. 79 
ANEXO 1- PLANTA DO SPRAY DRYER E ESPECIFICAÇÕES ............................. 81 
 
 
 
4 
1 INTRODUÇÃO 
O ácido cítrico, também conhecido como citrato de hidrogênio é o ácido 
orgânico mais utilizado como acidulante alimentício, além de também ter propriedades 
antioxidantes, flavorizantes e sequestrantes. Este ácido é utilizado nas indústrias de 
alimento, limpeza, farmacêutica, agrícola, entre outros. O consumo de ácido cítrico 
torna-se atrativo, considerando seu menor preço em comparaçãocom outros ácidos 
orgânicos, também utilizados como acidulantes na indústria alimentícia, como o ácido 
tartárico. O ácido cítrico produzido é consumido por diferentes indústrias, em sua 
maior parte pela alimentícia (70%) e farmacêutica (12%), e outros ramos (18%) 
(Revista FI, 2014). 
Há uma crescente tendência na produção de ácido cítrico, visto que estudos 
mostram seu uso potencial em biopolímeros, e diversas aplicações biomédicas, além 
de seu uso sustentável para a remoção de resíduos de fluxo pós-solda (ROBIN et al., 
1995; ASHKAN et al., 2010; GUILLERMO et al., 2009). Sua produção pode ultrapassar 
1,7 milhões de toneladas por ano e o crescimento de sua demanda é estimado entre 
3,5% e 5,0% ao ano (PANDEY et al., 2000; FINOGENOVA et al., 2002; HUSSEINY et 
al., 2010; GUEGUIM-KANA et al., 2012). Os maiores consumidores deste ácido são: 
China, EUA e Europa, sendo que o Brasil é o 6° maior consumidor (IHS MARKIT, 
2015). 
As matérias-primas utilizadas na fermentação do ácido cítrico são as mais 
diversas, podendo variar entre melaços, resíduos agroindustriais ou carboidratos 
brutos. A escolha da matéria-prima a ser utilizada deve levar em consideração, o custo 
e a necessidade de pré-tratamento, que pode aumentar bastante a despesa do 
processo. O microrganismo mais utilizado no processo de fermentação é o Aspergillus 
niger, devido a sua alta produtividade e possibilidade de utilizar diferentes tipos de 
matérias-primas. Porém, há também vários microrganismos que podem ser 
empregados, como leveduras, bactérias e outros fungos. 
Atualmente, é predominante nas indústrias, a síntese de ácido cítrico por via 
fermentativa, principalmente pelo processo submerso, empregando o fungo 
Aspergillus niger. Esse processo é responsável por cerca de 90% da produção 
mundial, uma vez que é mais simples e econômico do que a via química. O processo 
de fermentação submersa do ácido cítrico, apesar de ser simples, envolve grande 
 
 
5 
número de variáveis, portanto, é muito importante ter um bom controle do processo 
fermentativo. 
Para separar o caldo fermentado do micélio, após a fermentação, se faz 
necessário o uso de filtros à vácuo, centrífugas e trocadores iônicos. São utilizados 
reatores com solventes específicos e evaporadores, para realizar a precipitação e 
cristalização do ácido. Citrato de cálcio e sulfato de cálcio são subprodutos, sem valor 
agregado, gerados neste processo, o que torna um desafio para as empresas de como 
tornar a produção de ácido cítrico mais sustentável economicamente. 
 
 
6 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
2.1 ÁCIDO CÍTRICO 
O ácido cítrico, também denominado como ácido 2-hidroxipropano-1,2,3-
tricarboxílico, é um ácido orgânico com fórmula molecular C6H8O7, conforme Figura 1. 
Presente em abundância na natureza como constituinte de frutas cítricas como limão, 
laranja e abacaxi, tem como característica não ser tóxico, sendo considerado um 
aditivo alimentar geralmente reconhecido como seguro (GRAS) pela FAO/WHO 
Expert Committee on Food Additives dos Estados Unidos. 
 
Figura 1 – Fórmula estrutural do ácido cítrico 
 
Fonte: Mattey (1992). 
 
Este ácido na forma pura é incolor, facilmente solúvel em água e possui peso 
molecular de 210,14 g/mol. Como produto químico pode ser encontrado de forma 
anidra ou monohidratada com temperatura de transição entre as duas formas de 
36,6°C. A produção mundial tem como objetivo suprir a demanda do mercado nos 
seguintes segmentos: alimentício, farmacêutico e outros (KIRIMURA et al., 2011). 
Devido ao seu poder de ácido e sabor agradável que permite realçar os 
sabores já existentes, o ácido cítrico é largamente utilizado como acidulante nas 
indústrias alimentícias e de bebidas. O citrato possui capacidade de formar complexos 
com metais pesados, como ferro e cobre, o que reduz a oxidação catalisada pelos 
mesmos (MOLEDINA et al., 1977). Esta propriedade e o ajuste de pH otimizam a 
estabilidade e conservação de produtos alimentares. O ácido cítrico inibe a cor e sabor 
de deterioração de frutas congeladas e é muito usado com esta finalidade (BUCHARD; 
MERRIT, 1979). 
As misturas de ácido cítrico e seus sais possuem uma boa capacidade de 
 
 
7 
tamponamento, fazendo com que seja amplamente usado na indústria farmacêutica 
com esta finalidade. Na produção de cosméticos e produtos de higiene pessoal, o íon 
citrato é usado como agente ativo e estabilizante. Além disso, o ácido cítrico tem 
propriedades antibactericidas (KIRIMURA et al., 2011). 
Produtos destinados à limpeza de caldeiras possuem em sua composição 
ácido cítrico, por possuir baixo grau de ataque em aços e pelo citrato formar 
complexos com íons de cálcio e magnésio presentes em águas residuais. Citrato 
trissódico é usado como agente amaciador de tecidos em produtos de limpeza e 
detergentes comerciais (KIRIMURA et al., 2011). Outros usos de ácido cítrico e seus 
sais foram relatados. Na indústria da fotografia como componentes de emulsões de 
impressão (MEZZADROLI, 1938, apud BEROVIC, 2007), alvejantes, fixadores e 
estabilizadores no tratamento de poços de petróleo e cimentos (BUCHARD; 
MERRIT,1979), na indústria de papel (KAWASAKI; HARADA, 1975) e na indústria de 
tabaco (HUSHEDECK, 1965, apud BEROVIC, 2007). 
A história de obtenção deste ácido teve início em 1784 através do químico 
sueco Carl Wilhelm Scheele, que a partir do suco de limão isolou citrato de cálcio e 
após tratamento com ácido sulfúrico, obteve-se o ácido cítrico na fase líquida 
(WEHMER, 1893). A primeira produção comercial deste composto foi realizada por 
John e Edmund Sturge, na Inglaterra em 1826 a partir do citrato de cálcio proveniente 
da Itália. 
Em 1880, Grimoux e Adam sintetizaram o ácido cítrico a partir do glicerol e de 
dicloroacetona pela primeira vez. Nesta época muitos métodos de síntese a partir de 
outras matérias-primas foram publicados, porém se tornaram inadequadas por causa 
de matérias-primas caras, perigosas ou com um número excessivo de etapas 
reacionais que conduzem a baixos rendimentos (GRIMOUX; ADAM, 1880). 
O botânico e químico alemão Carl Wehmer foi quem observou pela primeira 
vez, em 1893, a presença de ácido cítrico como subproduto de oxalato de cálcio no 
processo de fermentação de açúcar por meio de cultura de Penicillium glaucum. Esta 
descoberta foi patenteada e, em 1894, construiu-se a planta industrial para a produção 
comercial deste composto (WEHMER, 1893). Este novo processo de produção não 
teve êxito por problemas de contaminação e longo período de fermentação, fechando 
a fábrica dez anos depois (WEHMER, 1984). 
Em 1917 o químico americano James N. Currie verificou que algumas 
linhagens de Aspergillus niger produziam ácido cítrico em quantidades mais elevadas 
 
 
8 
quando cultivadas em meio com alta concentração de açúcar, sais minerais e pH de 
2,5 a 3,5. Este baixo valor de pH impediu a contaminação que era comum no processo 
de Wehmer. Em 1923, Currie se juntou com Chas. Pfizer & Co. Inc. (EUA) e montaram 
uma fábrica de ácido cítrico produzido a partir do novo método (THOM; CURRIE, 
1916; CURRIE, 1917). Posteriormente a produção em escala industrial utilizando o 
procedimento de fermentação de superfície foi iniciada na Inglaterra, Bélgica, França, 
Tchecoslováquia, União Soviética e Alemanha. Todas as plantas cultivavam 
Aspergillus niger em meio estático em bandejas instaladas em locais ventilados. 
Primeiramente apenas meios preparados com sais inorgânicos e sacarose foram 
empregados. Como alternativa de matéria-prima mais barata, em 1928, melaço de 
beterraba foi usado como fonte de açúcar na Tchecoslováquia. Devido à quantidade 
de metais pesados na composição da beterraba, esteprocesso apresentou 
dificuldades. Este problema foi efetivamente resolvido usando hexacianoferrato de 
potássio como agente quelante (MEZZADROLI, 1938, apud BEROVIC, 2007). 
A produção de ácido cítrico por fermentação através do meio de cultivo de 
Aspergillus niger é o método mais econômico e utilizado, podendo ser realizado de 
três formas diferentes: em superfície, em estado sólido (Koji) e submerso. Diferentes 
rendimentos são obtidos variando a matéria-prima, o processo de fermentação e a 
linhagem do fungo. A fermentação submersa será adotada por este projeto, sendo 
detalhada no item 2.4.1. 
A fermentação em superfície foi o primeiro processo a fornecer ácido cítrico 
por baixo preço, sendo ainda utilizado em pequenas escalas em algumas regiões da 
Europa (RÖHR et al., 1996). Este procedimento é realizado da seguinte maneira: 
bandejas resistentes ao ácido, normalmente feitas de alumínio com alto teor de pureza 
ou aço inoxidável, são cheios com o meio contendo açúcar e inoculados com esporos 
de Aspergillus niger. Em condições de arejamento, forma-se sobre a superfície do 
meio um tapete de micélio. Quando a fermentação termina o caldo fermentado é 
separado do tapete de micélios. Este último é lavado e extraído com água quente para 
a recuperação do ácido cítrico (BENTLEY; BENNETT, 2008; USAMI, 1978). 
A fermentação sólida, também conhecida como processo Koji, é realizada 
com materiais insolúveis, como por exemplos resíduos de batata-doce, mandioca, 
milho e trigo, que servem como suporte físico e fonte de nutrientes. Neste processo, 
a suspensão de esporos de Aspergillus niger é dispersa e misturada no meio sólido 
previamente umedecido. No final da fermentação o meio de cultura é separado do 
 
 
9 
substrato com adição de água quente e após filtrado para recuperação de ácido cítrico 
(SARANGBIN et al., 1993). 
2.2 MATÉRIAS-PRIMAS PRINCIPAIS 
Utilizar resíduos agroindustriais como substrato, em processos fermentativos, 
é uma ótima alternativa e surge como uma solução para o descarte desses resíduos, 
reduzindo possíveis problemas de poluição ambiental (SOCCOL et al., 2003). 
Valorizar o resíduo através de seu aproveitamento é uma ação bastante incentivada, 
permitindo que o mesmo torne-se um subproduto mais viável economicamente. Neste 
contexto, aproveitar essas alternativas contribui para que o processo de agro 
industrialização tenha um maior valor agregado (PASTORE, 2010). 
Um bom exemplo são as sobras de frutas tropicais, oriundas do nordeste 
brasileiro, que são bastante utilizadas no preparo de sucos e polpas. As frutas, quando 
processadas, geram uma boa quantidade de resíduos, que ainda é comumente 
descartado por não possuírem mais nenhum proveito (SOCCOL et al., 2003). 
A concentração e o tipo da fonte de carbono influenciam bastante na 
acumulação de ácido cítrico. A fonte de carbono pode variar conforme o tipo de 
microrganismo que for utilizado. Entre os substratos de carbono facilmente 
metabolizados, a sacarose é o substrato mais vantajoso quando empregada com o 
fungo Aspergillus niger, seguido por glicose, frutose e galactose (YALCIN et al., 2010). 
Outro exemplo de resíduo agroindustrial é o soro de leite, que é desperdiçado 
em grandes volumes, sendo utilizado para a alimentação de suínos ou direcionado a 
mananciais de água. Este descarte ocasiona uma grande contaminação nos corpos 
receptores e causa problemas ambientais, devido a sua alta demanda bioquímica de 
oxigênio. Como vantagem, o soro é rico em lactose, gorduras e proteínas, porém seu 
potencial como fonte de carbono é pouco aproveitado (SERPA et al., 2009). 
O uso do soro desproteinizado e evaporado é relatado em alguns trabalhos, 
sendo necessário determinar uma temperatura e valores de pH ideais para algumas 
linhagens, como o Aspergillus niger. Entretanto, para alcançar bons rendimentos do 
ácido, é preciso compreender as condições de pré-adaptação do fungo ao meio para 
detectar como as condições de pré-cultivo afetam a produção (TORO et al., 2004). 
Existem vários microrganismos que conseguem produzir ácido cítrico, tais 
 
 
10 
como bactérias, incluindo Bacillus subtilis, B. licheniformis e Corynebacterium spp. 
(KAPOOR et al., 1983), fungos como Aspergillus niger, A. wentii, A. awamori, A. flavus, 
A. nidulans, Mucor piriformis, Trichoderma viride, Penicillium janthinellum e P. 
restrictum, e também leveduras como Cândida tropicalis, C. lipolytica e C. intermedia 
(PAPAGIANNI, 2007). Dentre todas estas espécies, os fungos do gênero Aspergillus 
são os mais empregados nas indústrias, pois eles permitem altos rendimentos na 
produção de ácido cítrico (LIMA et al., 2001). 
A sacarose, popularmente conhecida como açúcar, é um carboidrato 
sintetizado naturalmente por diversos vegetais através do dióxido de carbono, água e 
energia solar. Sua fórmula molecular (C12H22O11) é composta por uma molécula de 
glicose e uma de frutose, ligadas entre si por uma ligação glicosídica (SHREVE et al., 
1975). A Figura 2 apresenta a fórmula estrutural da sacarose. 
 
Figura 2 - Fórmula estrutural da sacarose 
 
Fonte: os autores. 
 
O micélio do fungo Aspergillus niger possui uma enzima denominada 
invertase com capacidade de realizar rapidamente a hidrólise da sacarose em pH 
baixo, liberando as moléculas de glicose e frutose. Polissacarídeos (amido, celulose) 
pouco hidrolisados não são boa opção de matéria-prima para produção de ácido 
cítrico. Devido à baixa atividade de enzimas hidrolítcas suas cadeias são quebradas 
muito lentamente, não atingindo a taxa de açúcar necessária no metabolismo para a 
produção de ácido cítrico (KUBICEK; RÖHR, 1989). 
No Brasil a sacarose é proveniente, principalmente, da cana de açúcar que 
possui cerca de 11 a 15% de sacarose, em peso. Após a colheita, a cana é moída em 
moendas para a extração do caldo, sendo em seguida coado e tratado com cal e ácido 
fosfórico. Vapor d’água a alta pressão é usado para aquecimento da mistura, 
ocorrendo a decantação. 
 
 
11 
Para a recuperação do açúcar dos lodos decantados, utilizam-se filtros à 
vácuo. O filtrado que possui elevado teor de cal e 85% de água é evaporado, em 
evaporadores de triplo efeito, até possuir cerca de 40% de água em sua composição. 
O xarope resultante é lançado no primeiro estágio de um evaporador à vácuo de três 
efeitos atingindo um grau de supersaturação. Através de evaporação controlada os 
cristais crescem até o tamanho desejado (SHREVE et al., 1975). 
2.3 ASPERGILLUS NIGER 
Os fungos, em geral, são seres eucariontes, heterótrofos, onipresentes 
encontrados em vegetais, animais e no solo (TRABULSI et al., 2000). Do gênero 
Aspergillus, o fungo filamentoso Aspergillus niger, comumente denominado como 
“mofo negro”, é um microrganismo aeróbio de grande importância na produção de 
alimentos, celulose, bebidas e biocombustível, além de ser capaz de produzir uma 
variedade de enzimas extracelulares (WAINWRIGHT, 1995; SOUZA et al., 2013). A 
Figura 3 mostra a micrografia do fungo Aspergillus niger. 
 
Figura 3 – Micrografia de Aspergillus niger 
 
Fonte: Pastore (2010). 
 
Embora muitos outros microrganismos possam ser utilizados para produção 
de ácido cítrico, o Aspergillus niger é o principal fungo utilizado. O mesmo tem um 
rendimento teórico de 112 g de ácido cítrico anidro em 100g de sacarose, porém, na 
prática dificilmente se excede 70% do rendimento teórico, ou seja, 78,4g de ácido 
cítrico (MAX et al., 2010). As principais vantagens para utilização deste microrganismo 
são sua facilidade de manuseio, capacidade de fermentar um grande número de 
 
 
12 
matérias-primas mais baratas, capacidade de crescer em pH extremamente ácido (pH 
2),não gerar substâncias tóxicas e principalmente por apresentar rendimentos 
elevados (VANDENBERGHE et al., 1999) 
A via metabólica do ácido cítrico é mostrada na Figura 4, onde primeiramente 
ocorre a quebra da molécula de glicose em duas moléculas de ácido pirúvico, esse 
processo é denominado glicólise, ocorre no citoplasma e não é necessário a presença 
de oxigênio. Na mitocôndria, antes de iniciar-se o ciclo do ácido cítrico, ocorre a 
descarboxilação oxidativa do piruvato para formação do Acetil Coenzima A composto 
por dois carbonos. O ciclo se inicia quando um composto com quatro carbonos (ácido 
oxalacético) é catalisado por enzimas juntamente com o Acetil Coenzima A, para 
produzir o ácido cítrico (seis carbonos). Esse ácido cítrico sofre duas reações de 
descarboxilação oxidativa, liberando duas moléculas de dióxido de carbono, e 
formando novamente o ácido oxalacético que pode reiniciar o ciclo (BERG, 2014). 
 
Figura 4 - Rota bioquímica do ácido cítrico 
 
Fonte: Kirimura et al. (2011). 
2.4 CONDIÇÕES DE CULTIVO 
 O processo de fermentação consiste em todo o processo em que atuam 
microrganismos sobre substratos orgânicos, através de seu metabolismo, produzindo 
 
 
13 
determinadas substâncias ou substratos modificados de maior valor agregado. Esses 
produtos de fermentações variam de alimentos a solventes, ácidos orgânicos, 
antibióticos, biopolímeros, entre outros (PASTORE, 2010). A fermentação é um 
processo complexo, no qual as condições operacionais devem ser precisamente 
adaptadas e controladas (ANGUMEENAL; VENKAPPAYYA, 2013). 
 A obtenção de ácido cítrico por fermentação é a mais econômica e a mais 
utilizada, sendo mais de 90% do ácido cítrico produzido no mundo é obtido por este 
processo (SOCCOL et al., 2006). O ácido cítrico é o segundo maior produto de 
fermentação produzido no mundo, apresentando uma bioprodução de 
aproximadamente 1,7 milhões de toneladas por ano (FRANCIELO et al., 2008, apud 
CAVALCANTE et al., 2014). 
Segundo Soccol et al. (2006), a técnica de fermentação submersa é 
amplamente utilizada na produção de ácido cítrico, sendo responsável por cerca de 
80% da produção mundial. 
2.4.1 Processo de fermentação submersa 
Os processos submersos consistem naqueles em que o microrganismo é 
introduzido em um meio líquido em forma de inóculo, sendo o meio contido em 
fermentadores. O processo de produção é delicado e sofre interferência de grande 
número de variáveis (PASTORE, 2010). 
Este processo de fermentação aplicado em larga escala exige instalações 
sofisticadas e controles de processo rigorosos, porém, apresenta alto rendimento e 
produtividade, além de menores riscos de contaminação e menor custo de mão de 
obra (SOCCOL et al., 2006). 
De acordo com Pastore (2010), a fermentação submersa é executada em 
fermentadores fechados, providos de equipamentos de agitação, dispositivos de 
aeração para a introdução de ar estéril e camisas e serpentinas para o controle de 
temperatura. 
Os processos submersos podem apresentar dois tipos de agitação, mecânica 
ou por circulação de ar. Na indústria, encontram-se fermentadores com agitação 
mecânica com volume entre 120 e 250 m3, enquanto que fermentadores com 
circulação de ar têm volume de 900 m3. É preferível que os biorreatores sejam feitos 
 
 
14 
de aço inoxidável, já que o meio desenvolve pH ácido e o ácido cítrico é corrosivo 
(GREWAL; KALRA, 1995; MAX et al., 2010). 
De acordo com Angumeenal e Venkappayya (2013), a temperatura ótima para 
a produção de ácido cítrico varia de acordo com a composição do meio e com o 
microrganismo utilizado. Para Aspergillus niger e outros fungos, a temperatura ótima 
varia de 25 a 30 °C. Temperaturas acima de 30°C podem levar a formação de ácido 
oxálico. 
Outra vantagem que a fermentação submersa apresenta, é uma menor 
sensibilidade a mudanças na composição do meio, o que permite o uso de melaços, 
que possuem composição variável. Entretanto, um problema típico deste processo é 
a formação de espuma, que pode ser evitada pela adição de agentes antiespumantes 
(gorduras vegetais ou animais) ou por sistemas mecânicos (MAX et al., 2010). 
O processo de fermentação submersa pode ser realizado em modo 
descontínuo, batelada alimentada ou regime contínuo, embora o modo descontínuo 
seja o mais frequentemente usado. Normalmente a fermentação do ácido cítrico é 
concluída entre 5 e 12 dias, dependendo das condições do processo (SOCCOL et al., 
2006). Uma alta produtividade de ácido cítrico é fortemente influenciada pela 
composição do meio de fermentação, principalmente no processo de fermentação 
submersa (GREWAL; KALRA, 1995; MAX et al.; 2010; PAPAGIANNI, 2007). 
2.4.2 Fatores que afetam a fermentação 
Os fatores que afetam o processo de fermentação do ácido cítrico são tipo e 
concentração da fonte de carbono, nitrogênio, fosfato, pH, aeração, concentração de 
elementos traço e a morfologia do microrganismo produtor. Certos nutrientes precisam 
estar presentes em excesso, outros devem ser limitantes e alguns componentes 
devem permanecer com concentração abaixo de limites definidos (PAPAGIANNI, 
2007). 
2.4.2.1 Fonte de carbono 
Conforme Angumeenal e Venkappayya (2013), a fermentação de um 
substrato em ácido cítrico é influenciada pela qualidade e quantidade da fonte de 
 
 
15 
carbono. No geral, apenas açúcares que são rapidamente assimilados pelo fungo 
permitem alto rendimento de ácido cítrico (MAX et al., 2010; PAPAGIANNI, 2007). 
Polissacarídeos, normalmente não são boas matérias-primas, visto que, a sua 
molécula é quebrada de forma lenta, prejudicando o processo de fermentação. Em 
razão do Aspergillus niger possuir uma invertase extracelular ligada ao micélio, que é 
ativada em pH ácido, é preferível o uso de sacarose, que é rapidamente hidrolisado 
em seus monômeros (ANGUMEENAL; VENKAPPAYYA, 2013; PAPAGIANNI, 2007). 
Grewal e Kalra (1995) afirmam que o Aspergillus niger também é capaz de produzir 
ácido cítrico a partir de manose, xilose e arabinose, entretanto, o rendimento da 
conversão destes carboidratos é menor que da glicose. 
Diversas matérias-primas podem ser empregadas para o processo de 
fermentação, porém, alguns fatores devem ser levados em consideração para a 
escolha, como os custos e a necessidade de pré-tratamentos (SOCCOL et al., 2006). 
A concentração do substrato no meio é um fator crítico para a produção de 
ácido cítrico. O rendimento de ácido cítrico aumenta com o aumento da concentração 
de açúcar no meio. A maior produtividade é alcançada em concentrações entre 14 e 
22% de açúcar. Concentrações muito altas de carboidratos levam a supressão da 
enzima α-cetoglutarato desidrogenase, enquanto que concentrações muito baixas 
afetam a forma e tamanho do micélio, ambas condições diminuem a produtividade 
(GREWAL; KALRA, 1995; MAX et al., 2010; PAPAGIANNI, 2007). 
2.4.2.2 Limitação de nitrogênio 
Em meios complexos (como os que utilizam melaços), a adição de nitrogênio 
não é necessária. Em meios com substrato puro, a adição de nitrogênio é necessária 
para a produção de ácido cítrico. Fontes comuns de nitrogênio são os sais de amônia, 
como sulfato de amônio e nitrato de amônia, ureia, nitrato de sódio, nitrato de potássio, 
peptona, entre outros. Geralmente, são utilizados sais de amônia, já que o seu 
consumo leva a diminuição do pH, que é essencial para a fermentação cítrica 
(GREWAL; KALRA, 1995; SOCCOL et al., 2006). 
Segundo Soccol et al. (2006), a concentração ideal de nitrogênio no meio é 
entre 0,1 e 0,4 g/L. Concentrações altas de nitrogênio aumentam a taxa de 
crescimento do fungo e o consumo de açúcar, mas em contrapartida diminuem a 
 
 
16 
quantidade de ácido cítricoproduzido. 
2.4.2.3 Limitação de fósforo 
Altas concentrações de fósforo no meio promovem o crescimento da 
biomassa e reações secundárias, consequentemente, reduzindo a produção de ácido 
cítrico. Enquanto que baixos níveis de fósforo favorecem a produção. É necessária 
uma concentração entre 0,5 e 5,0 g/L de fósforo no meio para uma ótima produção de 
ácido cítrico (GREWAL; KALRA, 1995; MAX et al., 2010; VANDENBERGHE et al., 
1999). 
De acordo com Vandenberghe et al. (1999), a fonte de fósforo mais adequada 
é o fosfato monopotássico. 
2.4.2.4 pH do meio de cultura 
O pH da cultura pode variar em resposta a atividade metabólica do 
microrganismo, devido a secreção de ácidos orgânicos, o que causa a diminuição do 
pH (SOCCOL et al., 2006). 
No processo de fermentação, o pH do meio é importante em dois momentos 
por razões diferentes. Primeiramente é necessário um pH maior que 5,0 para 
favorecer o crescimento dos esporos de Aspergillus niger. A absorção da amônia 
pelos esporos em crescimento provoca a liberação de cátions, o que causa redução 
do pH e aumenta a produção de ácido cítrico. 
Já o pH durante a fase de produção deve ser por volta de 2,0. O baixo pH 
reduz o risco de contaminação por outros microrganismos e pela produção de outros 
ácidos orgânicos, como o ácido oxálico e o ácido glucônico, que são formados em pH 
acima de 4,0 e 2,5, respectivamente. Isto torna mais simples a recuperação do ácido 
cítrico do meio (GREWAL; KALRA, 1995; PAPAGIANNI, 2007; VANDENBERGHE et 
al., 1999). 
Ainda segundo Papagianni (2007), um aumento do pH para 4,5 durante a fase 
de produção, reduz a produção final de ácido cítrico em cerca de 80%. 
 
 
17 
2.4.2.5 Aeração 
A fermentação do ácido cítrico é aeróbia, logo, a presença de oxigênio é muito 
importante. A aeração do meio deve ser feita durante todo o processo sob a mesma 
intensidade, interrupções na aeração pode afetar a capacidade do microrganismo de 
produzir ácido cítrico (GREWAL; KALRA, 1995; SOCCOL et al., 2006). 
O aumento da taxa de aeração acarreta em um aumento do rendimento e 
redução no tempo de fermentação. Porém uma alta taxa de aeração pode levar a 
formação de espuma, especialmente durante a fase de crescimento (SOCCOL et al. 
2006). Se a taxa de aeração for alta, a pressão parcial do gás carbônico dissolvido no 
meio pode se tornar baixa, o que pode levar a perdas, já que a presença do gás 
carbônico no meio é importante para a síntese de citrato (MAX et al., 2010). 
Soccol et al. (2006) afirmam que é importante manter a concentração de 
oxigênio dissolvido acima de 25% da saturação. 
2.4.2.6 Elementos traços 
A presença de alguns metais divalentes no meio de cultura é necessária para 
a produção de ácido cítrico. Os metais que devem estar presentes são zinco, 
manganês, ferro, cobre e magnésio (SOCCOL et al., 2006; MAX et al., 2010). 
Concentrações ótimas de zinco e ferro são 0,3 e 1,3 ppm, respectivamente 
(MAX et al., 2010; PAPAGIANNI, 2007). Conforme Grewal e Kalra (1995), uma alta 
concentração de zinco mantém o microrganismo em fase de crescimento e não produz 
ácido cítrico, já em baixos níveis de zinco, o crescimento do fungo se torna limitado e 
passa para a fase de produção. Assim como o zinco, ferro e cobre, em altas 
concentrações diminuem a produtividade de ácido cítrico. Cobre em níveis ótimos 
aumenta a biossíntese de ácido cítrico, sua presença no meio é importante para 
melhorar a estrutura celular. A concentração ótima inicial de cobre é obtida pela adição 
de 78 mg/L de sulfato de cobre pentahidratado (VANDENBERGHE et al., 1999). 
Segundo Vandenberghe et al. (1999), o magnésio é necessário tanto para a 
fase de crescimento, quanto para a fase de produção. A concentração ótima é 
alcançada com o uso de 0,02 a 0,025% de sulfato de magnésio. 
A presença de manganês no meio de cultura inibe a formação de ácido cítrico, 
 
 
18 
entretanto, a deficiência de manganês resulta numa alta concentração intracelular de 
amônia e aumento da glicólise, o que favorece a produção de ácido cítrico (MAX et 
al., 2010; PAPAGIANNI, 2007). 
Alguns íons metálicos como cádmio, cromo, chumbo e molibdênio, são bons 
estimulantes para a fermentação de ácido cítrico, usando Aspergillus niger em meio 
contendo glicose (ANGUMEENAL; VENKAPPAYYA, 2013). 
Conforme Papagianni (2007) deve-se ter cuidado no material utilizado na 
construção do biorreator, para garantir que traços de metais não reduzam o 
rendimento da fermentação, devido a corrosão que pode ocorrer. 
2.4.2.7 Álcoois inferiores 
O uso de álcoois inferiores aumenta a formação de ácido cítrico em meios 
contendo glicose comercial ou outros carboidratos brutos. Álcoois apropriados são 
metanol, etanol, isopropanol ou metil acetato. A quantidade ótima a ser adicionada no 
meio de cultura depende do microrganismo utilizado e da composição do meio, mas, 
geralmente a quantidade ideal de metanol/etanol adicionado varia de 1 a 5% 
(SOCCOL et al., 2006; GREWAL; KALRA, 1995). 
2.4.2.8 Lipídeos 
De acordo com Grewal e Kalra (1995), a suplementação do meio de 
fermentação com materiais como óleos vegetais e ácidos graxos aumentam a 
produção de ácido cítrico. 
Óleos e gorduras são usados para controlar a formação de espuma durante a 
fermentação, e também agem como fonte de carbono, sendo consumidos durante o 
processo de fermentação. Tornando-se necessário mantê-los em concentrações de 
0,05 a 0,3% (SOCCOL et al., 2006). 
2.4.2.9 Morfologia dos fungos 
Em processos de fermentação submersa, a morfologia dos fungos tem 
 
 
19 
influência na produtividade de ácido cítrico. A morfologia dos fungos utilizados em 
fermentação submersa varia entre pellets e filamentos livres, dependendo das 
condições de cultivo e do genótipo do microrganismo (PAPAGIANNI, 2007). 
Os principais fatores que afetam a morfologia dos microrganismos, e 
consequentemente, influenciam no processo de fermentação são, a intensidade da 
agitação, o pH do meio, a taxa de crescimento do microrganismo e o tipo e 
concentração do inóculo (MAX et al., 2010; PAPAGIANNI, 2007). Pastore (2010) 
afirma que a idade da cultura também influencia o processo, sendo as culturas mais 
jovens mais produtivas. 
Agitação intensiva leva ao desenvolvimento de filamentos curtos, grossos e 
muito ramificados. O excesso da tensão de cisalhamento devido a agitação pode 
causar a ruptura dos filamentos, os fragmentos gerados crescem gerando novos 
filamentos aumentando a produção de ácido cítrico (MAX et al., 2010). A produção de 
ácido cítrico aumenta com o aumento da intensidade da agitação, porém, em 
intensidades muito altas, a taxa de produção se torna constante (PAUL; PRIEDE; 
THOMAS, 1999). 
A morfologia mais indicada (pequenos agregados de filamentos curtos) é 
obtida com pH em torno de 2,0, que também está associado com o aumento da 
produção. Em pH 1,6, o desenvolvimento morfológico é anormal, e a produção de 
ácido cítrico diminui. Já em pH 3,0, os agregados possuem longos perímetros e há 
produção de ácido oxálico (MAX et al., 2010; PAPAGIANNI, 2007). 
Entre os elementos traços que afetam a fermentação, o único que tem 
influência na morfologia de fungos, mais precisamente, do Aspergillus niger, é o 
manganês (PAPAGIANNI, 2007). A deficiência de manganês no meio influencia o 
desenvolvimento de Aspergillus niger na forma de pellet (PAUL; PRIEDE; THOMAS, 
1999). 
O nível de esporos do inóculo é outro parâmetro que influencia a fermentação 
do ácido cítrico. Alta concentração inicial de esporos (108-109 esporos/mL) tende a 
produzir morfologias dispersas, enquanto que uma baixa concentração inicial (104-105 
esporos/mL) favorece a formação de pellets (PAPAGIANNI, 2007; PAUL;PRIEDE; 
THOMAS, 1999). 
Paul, Priede e Thomas (1999), testaram fermentações com diferentes tipos de 
inóculos e condições de agitação. Os autores obtiveram maior produção de ácido 
cítrico a partir da fermentação inoculada com micélio disperso, enquanto que as 
 
 
20 
fermentações inoculadas com pellets, mesmo com agitação intensiva, tiveram menor 
produção. 
Há ainda, alguns compostos que agem de diferentes formas se adicionados 
ao meio de fermentação. Alguns inibem o metabolismo do microrganismo e aceleram 
a produção de ácido cítrico como os fluoretos de cálcio, de sódio e de potássio, 
enquanto que ferrocianeto de potássio diminui o rendimento da fermentação 
(VANDENBERGHE et al., 1999). 
2.5 PROCESSO/OPERAÇÕES UNITÁRIAS 
De acordo com a Revista FI, a maior parte do ácido cítrico produzido no 
mundo é via fermentação, porém também pode ser obtido por meio de restos de frutas 
cítricas. Como citado anteriormente, a fermentação pode ser de três tipos: Koji, 
fermentação em superfície e fermentação por cultura submersa, sendo a última com 
maior eficiência em relação aos outros meios de cultura. 
As diferenças entre os graus de pureza dos substratos irão definir o processo 
de separação do ácido cítrico. Geralmente, a fermentação realizada a partir de insumo 
com menor grau de pureza sintetiza uma grande gama de subprodutos, enquanto que 
pela fermentação via insumo altamente puro são obtidos subprodutos em menor 
número e podem ser mais bem controlados. 
Existem diversas pesquisas sendo conduzidas na área de separação do ácido 
cítrico, porém duas tecnologias estão firmadas como processos de separação. 
Basicamente, para fermentações realizadas a partir de insumos com menor grau de 
pureza, a precipitação com óxido de cálcio é usada. Já para insumo com elevado grau 
de pureza, a extração com solvente ou a cristalização direta são mais usadas. 
Contudo, todos os processos de fabricação do ácido cítrico seguem as etapas: 
purificação do substrato, fermentação (já discutida anteriormente) e remoção da 
biomassa. 
2.5.1 Fermentação 
A fermentação de cultura líquida é iniciada com o bombeamento da sacarose 
e inóculo para o fermentador, onde serão ajustados os parâmetros como pH e adição 
 
 
21 
de nutrientes. O meio de cultura deve ser esterilizado, podendo ser realizado de 
maneiras distintas. 
A revista FI (2014) descreve esse processo, que ocorrerá a partir da 
passagem de vapor com fluxo turbulento através de tubos de trocadores de calor com 
camisas de vapor e imediatamente resfriado até aproximadamente 30°C em outro 
trocador de calor. Já Shreve (1997) propõe a injeção de ar estéril de filtros e 
fluxímetros no fermentador através de um distribuidor. 
A obtenção desse ácido pode ser descrita, de maneira geral, como a 
conversão de uma molécula de hexose a uma molécula de ácido cítrico e subprodutos, 
como já explanado anteriormente. 
2.5.2 Remoção da biomassa 
Kristiansen et al. (2002) define que essa separação deve ser feita aquecendo-
se a mistura a 70°C durante 15 min, para se obter uma coagulação parcial das 
proteínas, e depois deve ser filtrada, por filtro rotativo a vácuo, para separação do 
micélio e do caldo fermentado. Caso durante o processo de fermentação tenha 
ocorrido a formação de ácido oxálico, este deve ser removido através da adição de 
hidróxido de cálcio até que a mistura fique com pH entre 2,7 e 2,9 a uma temperatura 
de 70-75°C, assim o oxalato de cálcio precipita e pode ser removido por filtração ou 
centrifugação, e o ácido cítrico permanece no caldo fermentado na forma de 
monocitrato de cálcio. 
A patente de Boensch et al. (2001) trás outra alternativa sobre a remoção da 
biomassa. Ela não especifica a forma com que o micélio dever ser separado do caldo 
fermentado, apenas cita que deve ser feito por um filtro de faixa a vácuo ou 
centrifugação. Descreve ainda que essa solução, já largamente isenta de células, 
deve ser tratada para a desativação das proteases especificas de fungos por meio de 
um tratamento térmico de 75°C de 1 a 5 min. Caso o substrato tenha sido bruto, com 
alto grau de impurezas, essa solução ainda deve ser tratada para precipitação das 
proteínas através da mistura de dióxido de silício (SiO2), usualmente são utilizados de 
0,1 a 10 L de solução SiO2 como auxiliar de precipitação, e a solução é mantida entre 
40 e 60°C de 0,5 a 6 h para auxiliar na precipitação das proteínas. As proteínas que 
precipitaram devem ser removidas por filtração ou ultrafiltração. 
 
 
22 
Após a solução pode ser encaminhada a um primeiro trocador de ânion para 
a separação dos ânions inorgânicos. Nesse caso é conveniente usar uma resina 
aniônica, a qual no estado inicial é carregada com ácido cítrico para que este seja 
parcialmente liberado para a solução, de modo que a pureza da mesma é aumentada. 
Num segundo trocador de ânion, presente na forma de OH ou grupos de amônio livres, 
o ácido cítrico dissolvido é ligado seletivamente, enquanto que os cátions 
perturbadores e o açúcar residual não são ligados e deixam o trocador de ânion. O 
ácido ligado no trocador é lavado por decantação com H2O. Finalmente, essa solução 
passa por uma coluna de carvão ativado para que a remoção da cor ocorra 
(BOENSCH et al., 2001). 
2.5.3 Isolamento do ácido cítrico: precipitação e cristalização 
De acordo com Shreve (1997), o caldo fermentado segue para um reator, 
aonde é feita a calagem, ou seja, a adição de óxido de cálcio, então o citrato de cálcio 
é precipitado. Para que cristais grandes e de alta pureza sejam formados, de acordo 
com Kristiansen et al. (2002), deve-se adicionar gradualmente uma solução de óxido 
de cálcio, com uma concentração de 180-250 kg/m³, a uma temperatura de 90°C ou 
acima, pH próximo a 7, a concentração de ácido cítrico na solução deve ser maior do 
que 15%. Esse processo dura entre 120-150 min e sempre haverá uma perda mínima 
de ácido cítrico de 4-5% referenciando as moléculas de ácido que não precipitaram e 
continuaram dissolvidas na fase líquida. Se a precipitação for eficiente, a maioria das 
impurezas permanecerá na solução. O precipitado filtrado é lavado com o mínimo de 
água quente, normalmente 10 m³ de água a 90°C para cada 1 tonelada de ácido, até 
que sacarídeos, cloretos ou substâncias com cor não possam mais ser detectadas no 
efluente. 
O precipitado formado anteriormente, de acordo com Shreve (1997), deve ser 
encaminhado a um terceiro reator, aonde o citrato de cálcio é decomposto com ácido 
sulfúrico (concentração de 60-70%), formam-se então o ácido cítrico e o precipitado 
de sulfato de cálcio. Esse sulfato é filtrado como um subproduto de rejeito través de 
filtros rotatórios a vácuo e a solução obtida tem uma concentração de 25-30% de ácido 
cítrico. 
A purificação do licor decomposto varia de fabricante para fabricante. Ainda 
 
 
23 
assim Shreve (1997) apresenta um método de purificação com carvão ativado em 
leitos fixos, seguidos por leitos desmineralizantes com resinas trocadoras catiônicas 
e aniônicas. A corrente tratada é concentrada em evaporadores de duplo ou triplo 
efeito a temperaturas abaixo de 40°C para evitar a caramelização. Esse concentrado 
alimenta um cristalizador, que segue para uma centrífuga aonde os cristais de ácido 
cítrico são separados da fase líquida. Se a cristalização ocorrer em temperaturas 
abaixo de 36,5°C haverá a formação de acido cítrico monohidratado e acima dessa 
temperatura poderá haver a formação de ácido cítrico anidro. A fase líquida obtida na 
centrifugação realimenta os leitos de carbono e o tanque de calagem. Já os cristais 
úmidos são refundidos e recristalizados a vácuo, seguindo para centrifugação e 
secagem novamente.A refundição auxilia na maior uniformidade de tamanho de 
partícula de ácido cítrico. A quantidade de purificação, ou seja, número de colunas de 
carbono e evaporadores depende do grau de pureza do açúcar inicial que entra na 
fermentação (SHREVE, 1997). 
Kristiansen et al. (2002) apresenta como desvantagens desse método de 
obtenção do ácido cítrico as grandes quantidades de óxido de cálcio e ácido sulfúrico 
usados na neutralização no ácido cítrico e na decomposição do citrato de cálcio, 
respectivamente. Além disso, são produzidos muitos subprodutos, tanto líquido 
quanto sólido (solução depois da filtração do citrato de cálcio e do sulfato de cálcio) e 
que não tem valor agregado. Para a produção de cada tonelada de ácido cítrico, são 
necessários 579 kg de hidróxido de cálcio, 765 kg de ácido sulfúrico e 18 m³ de água 
e aproximadamente uma tonelada de sulfato de cálcio é produzida. 
2.5.4 Isolamento do ácido cítrico: extração 
O ácido cítrico pode ser regenerado através da extração por um solvente com 
nenhuma ou pouca afinidade com o meio aquoso. A escolha do solvente é muito 
importante e existem dois grupos principais: 
a) solventes orgânicos, parcial ou totalmente imiscíveis com a água, como 
por exemplo, alguns álcoois alifáticos, cetonas, éteres ou ésteres: podem ser usados 
quando a concentração de ácido cítrico na mistura que sai do fermentador é alta, pois 
nesse caso o coeficiente de distribuição de equilíbrio (concentração de ácido no 
extrato dividido pela concentração de ácido no solvente) é baixo, entre 0,02 e 0,36. 
 
 
24 
Esse sistema não é normalmente usado, pois não se consegue fermentar um caldo 
com alta concentração de ácido cítrico. 
b) extração com solvente amino insolúvel em água ou uma mistura de 2 ou 
mais solventes. Esses solventes têm a vantagem de fornecer um coeficiente de 
distribuição alto entre o ácido da solução aquosa e o ácido encontrado no solvente, 
por isso é possível extrair ácido de soluções com baixa concentração de ácido, ou 
seja, altamente diluídas. Contudo, a separação do solvente e do ácido, normalmente 
o ácido é separado do ácido tratando-o com hidróxido de cálcio ou um ácido inorgânico 
e transformando-o em um sal, o acetato. O solvente também deve ser recuperado, 
pois tem um valor elevado. O ácido pode ser recuperado da parte extraída a partir da 
destilação do solvente ou por lavagem do extrato com água. 
As configurações dos processos de extração líquido-líquido podem ser 
diversas, como apontado na patente de Baniel et al. (2006). A configuração escolhida 
para o presente projeto é mostrada na Figura 5. Depois da purificação padrão do 
substrato este é encaminhado a uma filtração em uma coluna de carvão ativado com 
posterior tratamento do ácido cítrico em uma resina de troca iônica para eliminação 
de subprodutos. 
A etapa seguinte é a evaporação, que tem como objetivo a concentração do 
ácido cítrico em pelo menos 80% do valor de saturação na temperatura de 
evaporação. O processo segue no spray dryer, onde ocorre a secagem e pulverização 
do ácido cítrico através de uma corrente com ar quente. O equipamento possui um 
disco atomizador no qual atomiza a solução de ácido em micro gotas. Nesta etapa o 
sólido se aglomera no centro da partícula ocorrendo evaporação da água esférica ao 
sólido. 
O ácido cítrico sólido é encaminhado para o ciclone, que através de uma força 
centrífuga, é purificado de possíveis impurezas provenientes do ar quente do spray 
dryer. Em seguida, os cristais são embalados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
Figura 5 – Fluxograma do processo de produção do ácido cítrico 
 
 
Fonte: os autores. 
 
 
 
26 
3 DIAGRAMAS 
3.1 DIAGRAMA “INPUT/OUTPUT” 
O diagrama “Input/Output” do processo de produção de ácido cítrico é 
mostrado na Figura 6. Este diagrama inclui todas as matérias-primas e insumos 
necessários para a fabricação do ácido cítrico, e também contém a descrição de todos 
os produtos e subprodutos resultantes do processo. 
 
Figura 6 – Diagrama “Input/Output” do processo de produção de ácido cítrico 
 
Fonte: os autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
3.2 DIAGRAMA DE BLOCOS 
O diagrama de blocos do processo é mostrado na Figura 7. 
 
Figura 7 – Diagrama de blocos do processo 
 
Fonte: os autores. 
 
O processo de fermentação ocorrerá em sete reatores com um volume útil de 
30.000 L cada, providos de aeradores e agitação mecânica, além de sistema de 
controle do pH e temperatura do meio. A filtração será feita com um filtro prensa, para 
retirar a biomassa contida na corrente. A remoção da cor e de outros íons dissolvidos 
no meio serão realizados por dois processos, primeiro a solução passará em uma 
coluna com carvão ativado e, em seguida, por uma coluna com resina de troca iônica. 
Em seguida a corrente será encaminhada para o processo de evaporação 
onde será utilizado um evaporador de triplo efeito, para concentrar a solução até uma 
viscosidade necessária. O ácido cítrico será seco pelo processo de atomização em 
um spray dryer, que contém um ciclone para realizar a separação do pó e do ar, usado 
para a secagem. 
 
 
28 
3.3 DIAGRAMA DE FLUXO DO PROCESSO 
O fluxograma de processo para a produção de ácido cítrico é representado na 
Figura 8. 
Figura 8 – Diagrama de fluxo do processo de produção de ácido cítrico 
 
Fonte: os autores. 
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29 
O reator M1 com volume de 48L, é preparado com um meio de cultivo 
contendo 10 g/L de esporos do fungo Aspergillus niger e 88,9 g/L de sacarose através 
das correntes Xo1 e So1, respectivamente. Neste meio contém aeração com oxigênio, 
sulfato de amônia como fonte de nitrogênio, compostos contendo metais de ferro, 
zinco, magnésio e cobre, e água destilada. Nestas condições há o crescimento de 
inóculo em 5%. Para os reatores M2, M3 e M4, as concentrações do meio de 
crescimento celular são mantidas para seus respectivos volumes de 240, 1.200 e 
6.000 L. 
Em sequência, a solução do meio de crescimento é transferida para o 
fermentador (F). A sacarose é adicionada através da corrente s05 na concentração 
de 100 g/L juntamente com os compostos auxiliares para fermentação, já citados 
anteriormente, corrente af. A esterilização dos reatores e fermentadores é realizada 
através das correntes de vapor provenientes da caldeira: vpm1, vpm2, vpm3, vpm4 e 
vpf. A produção de ácido cítrico é realizada em sete fermentadores, separadamente, 
porém no fluxograma é representado apenas um fermentador. A corrente de saída fs 
composta por biomassa, ácido cítrico e água, é encaminhada para o filtro prensa (FP), 
onde ocorre a separação da biomassa (sólido) da solução aquosa de ácido cítrico. 
A solução de ácido cítrico é conduzida para a coluna de filtração com leito 
composto de carvão ativado (CA), onde ocorre a clarificação da solução. A solução 
clarificada (cr), novamente passa por um processo de filtração através de uma resina 
trocadora de íons (RTI) com finalidade de reter os íons metálicos dissolvidos na 
solução. A corrente re, composta somente por ácido cítrico e água é encaminhada 
para o primeiro evaporador (EV1) onde é iniciado o processo de purificação do ácido. 
A corrente de vapor de água (vap) é usada nas serpentinas internas do evaporador, 
realizando a troca de calor em contracorrente com a corrente re. A água separada do 
ácido é então encaminhada para o segundo evaporador (EV2) como fonte de 
aquecimento para a segunda purificação do ácido. Este método é repetido para o EV3, 
concentrando a solução de ácido cítrico para 50% v/v. A solução é estocada no TA. 
A solução de ácido cítrico é encaminhada para o spray dryer para o processo 
de secagem e pulverização. O spray dryer é alimentado com ar quente proveniente 
do trocador de calor (TC) realizando a atomização das gotículas de ácido. O ácido em 
pó é separado da corrente de ar quente no ciclone (CIC) através da força centrífuga. 
O produto final é envasado e disponível para comercialização. 
 
 
30 
4 BALANÇO DE MASSA 
Neste capítulo serão mostradas as equações do balanço de massa global e 
por componente do processo fermentativo para a obtenção do ácido cítrico. 
Todas as correntes envolvidas no balanço de massa são nomeadas no 
Quadro 1 e os componentes no Quadro 2. 
 
Quadro 1 – Legenda de correntes do processo 
Correntes Descrição 
So1, So2, So3, So4 Alimentação de sacarose 
S Saída de sacarose 
Xo1 Esporos 
Xo2, Xo3, Xo4 Inoculação (células crescidas) 
fe1, fe2, fe3, fe4, 
fe5, fe6, fe7 
Inóculo para ser fermentado 
fs1, fs2, fs3, fs4, 
fs5, fs6, fs7 
Produto da fermentação 
Fc Solução da fermentação filtrada 
Bi Sólidos (biomassa com água e ácido cítrico) 
Cr 
Solução que sai do carvão ativado (sem sólidos 
sedimentáveis) 
Re 
Solução que sai da resina trocadora de íons isenta 
de metais 
v1, v2, v3 Vapor proveniente da solução evaporada 
l1, l2, l3 
Solução concentrada que sai de cada efeito do 
evaporador 
Ar Ar quente 
Au Ar úmido que sai do ciclone 
Acit Ácido cítrico sólido 
Fonte: os autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
Quadro 2 – Legenda de componentes do processo 
Componentes Descrição 
x1 Fração mássica de células na entrada do filtro prensa 
xp1 Fração mássica de ácido cítrico na entrada do filtro 
prensa 
xa1 Fração mássica de água na entrada do filtro prensa 
xi1 Fração mássica de inerte na entrada do filtro prensa 
x2 Fração mássica de biomassa seca na saída do filtro 
prensa 
Xp Fração mássica de ácido cítrico na biomassa na 
saída do filtro prensa 
Xa Fração mássica de água na biomassa na saída do 
filtro prensa 
xp2 
Fração mássica de ácido cítrico na saída do filtro 
prensa 
xa2 Fração mássica de água na saída do filtro prensa 
xi2 Fração mássica de inerte na saída do filtro prensa 
xp3 
Fração mássica de ácido cítrico na saída da resina 
trocadora de íons 
xa3 
Fração mássica de água na saída da resina 
trocadora de íons 
y1, y2, y3 
Fração mássica do vapor na saída do evaporador de 
triplo efeito 
xp4 
Fração mássica do ácido cítrico na saída do 
evaporador de triplo efeito 
xa4 
Fração mássica da água na saída do evaporador de 
triplo efeito 
x3 Fração mássica de ar quente 
x4 Fração mássica de ar úmido 
xp5 
Fração mássica de ácido cítrico que sai junto com a 
corrente de ar úmido na saída do ciclone 
xa5 
Fração mássica de água que sai junto com a corrente 
de ar úmido na saída do ciclone 
xp6 Fração mássica de ácido cítrico na saída do ciclone 
xa6 Fração mássica de água na saída do ciclone 
Fonte: os autores. 
4.1 INÓCULOS 
O processo de obtenção do ácido cítrico inicia com o crescimento dos 
esporos, seguido de quatro reatores de inóculos, o qual é representado por um 
fluxograma de bloco na Figura 9. 
 
 
32 
Figura 9 – Fluxograma de bloco do inóculo 
 
Fonte: os autores. 
 
Os cálculos para o balanço de massa dos inóculos foram baseados na 
equação 1, a qual corresponde à conversão de substrato em célula. 
 𝑌 𝑋 𝑠⁄ =
𝑋 − 𝑋0
𝑆𝑜 − 𝑆
 (1) 
Para o balanço de massa dos inóculos, considerou-se que o crescimento 
celular será de 1% de solução microbiológica até 5% em relação ao volume do meio, 
e a taxa de conversão de sacarose em biomassa (Yx/s) de 0,45. Os resultados do 
balanço de massa por componente estão apresentados na Tabela 1. 
 
Tabela 1 – Resultados do balanço de massa por componente 
Reator Volume (L) Xo (g) X (g) So (g) 
M1 48 480 2.400 4.267 
M2 240 2.400 12.000 21.333 
M3 1.200 12.000 60.000 106.667 
M4 6.000 60.000 300.000 533.333 
Fonte: os autores.Todos os meios de inóculo (M1, M2, M3 e M4) são compostos [g/L] por: 
NH4SO4 (2), KH2PO4 (0,2), MgSO4.7H20 (0,25), CuSO4.7H20 (0,08), FeSO4.7H20 (0,1) 
e ZnSO4.7H20 (0,04). Esses compostos que estão em baixa concentração dissolvem-
se, e os íons que não são utilizados nas reações, saem parte com a biomassa, parte 
é retido no carvão ativado e parte na resina de troca iônica, por isso, não são 
considerados no balanço de massa. 
 
 
33 
4.2 FERMENTADORES 
Para os fermentadores o balanço de massa foi calculado baseando-se em 
fatores de conversão de substrato em células (Yx/s) de 0,2 e substrato em produto 
(Yp/s) de 0,8, conforme pesquisa na literatura. O processo consiste em sete 
fermentadores, que são representados pelo fluxograma de bloco na Figura 10. 
 
Figura 10 – Fluxograma de bloco para os fermentadores 
 
Fonte: os autores. 
 
As equações utilizadas para o balanço de massa são apresentadas na 
equação 1 e na equação 2, a qual corresponde à conversão de substrato em produto, 
mostrada a seguir. 
 𝑌 𝑃 𝑆⁄ =
𝑃 − 𝑃0
𝑆𝑜 − 𝑆
 (2) 
Considera-se que não há produto na entrada do fermentador e que o substrato 
é todo consumido, assim: 
𝑆 = 0 e 𝑃𝑜 = 0 
Além disso, considera-se que na entrada do fermentador será colocado 100 
g/L de sacarose, ou seja, 3000 kg de substrato para cada fermentador de 30000 L. 
Todo o dióxido de carbono e hidrogênio formado pelo metabolismo do Aspergillus 
niger é liberado para a atmosfera. Considera-se também que não haverá perdas no 
processo fermentativo, portanto: 
𝑓𝑒 = 𝑓𝑠 
A Tabela 2 mostra as considerações e os resultados encontrados no balanço 
de massa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
Tabela 2 – Resultados do balanço de massa para os fermentadores 
Reator Volume (L) So (kg) X (kg) P (kg) 
F1 30.000 3.000 600 2.400 
F2 30.000 3.000 600 2.400 
F3 30.000 3.000 600 2.400 
F4 30.000 3.000 600 2.400 
F5 30.000 3.000 600 2.400 
F6 30.000 3.000 600 2.400 
F7 30.000 3.000 600 2.400 
Fonte: os autores. 
4.3 FILTRO PRENSA 
A biomassa (bi) é extraída no processo de filtração. A Figura 11 ilustra o filtro 
prensa e suas correntes. 
 
Figura 11 – Fluxograma de bloco para o filtro prensa 
 
 
 
 
 
 
Fonte: os autores. 
 
A equação 3 representa o balanço de massa global. 
 𝑓𝑠 = 𝑓𝑐 + 𝑏𝑖 (3) 
Os valores de inerte não serão considerados para o balanço de massa 
(equação 4). Assim: 
 𝑓𝑐 = 𝑓𝑐 × 𝑥𝑎2 + 𝑓𝑐 × 𝑥𝑝2 (4) 
A equação 5 representa o balanço de massa para a corrente bi, considerando-
se que a mesma possua 40% de umidade, assim a fração mássica de biomassa que 
sai nessa corrente será de 0,6. 
 𝑓𝑠 × 𝑥1 = 𝑏𝑖 × 𝑥2 (5) 
A equação 6 representa o balanço de massa para o ácido cítrico. 
fs fc 
bi 
x1, xp1, xa1, xi1 x5, xp2, xa2, xi2 
x2 
xp 
xa 
Filtro Prensa (FP) 
 
 
35 
 𝑓𝑠 × 𝑥𝑝1 = 𝑓𝑐 × 𝑥𝑝2 + 𝑏𝑖 × 𝑥𝑝 (6) 
A equação 7 representa o balanço de massa para a água. 
 𝑓𝑠 × 𝑥𝑎1 = 𝑓𝑐 × 𝑥𝑎2 + 𝑏𝑖 × 𝑥𝑎 (7) 
A equação 8 representa o balanço de massa para o inerte. 
 𝑓𝑠 × 𝑥𝑖1 = 𝑓𝑐 × 𝑥𝑖2 (8) 
Os resultados do balanço de massa são apresentados na Tabela 3. 
 
Tabela 3 – Resultados do balanço de massa do filtro prensa 
Correntes Vazão mássica (kg/bat) 
Frações mássicas 
Água Produto Biomassa 
fs 30.000 xa1 = 0,9 xp1 = 0,08 x1 = 0,02 
fc 29.000 xa2 = 0,918 xp2 = 0,082 x5 = 0 
bi 1.000 xa = 0,368 xp = 0,032 x2 = 0,6 
Fonte: os autores. 
4.4 CARVÃO ATIVADO E RESINA TROCADORA DE ÍONS 
Nestes dois processos não é considerado perda de massa, pois a solução de 
ácido cítrico na entrada destes dois sistemas é igual à saída. Na resina de troca iônica 
ficam retidos os metais que foram adicionados nos reatores e fermentadores para o 
crescimento celular. O fluxograma de blocos do carvão ativado e da resina de troca 
iônica é mostrado na Figura 12. 
 
Figura 12 – Fluxograma de blocos do carvão ativado e da resina de troca iônica 
 
 
 
 
 
Fonte: os autores. 
 
Considera-se que fc=cr, pois não se considerou para o balanço de massa a 
adsorção das moléculas que conferem cor ou das proteínas residuais no carvão 
ativado. Além disso, não foi considerado para o balanço de massa a troca dos íons 
metálicos, presentes na solução de entrada com os íons presentes na resina, assim, 
cr=re. 
Carvão Ativado 
(CA) 
cr 
x5, xp2, xa2, xi2 
fc 
x5, xp2, xa2, xi2 
Resina 
Trocadora de 
Íons (RTI) 
re 
xp3, xa3, xi3 
 
 
36 
A equação 9 representa o balanço de massa global para a resina de troca 
iônica. 
 𝑐𝑟 = 𝑟𝑒 (9) 
A equação 10 representa o balanço de massa para o inerte. 
 𝑐𝑟 × 𝑥𝑖2 = 𝑟𝑒 × 𝑥𝑖3 (10) 
𝑥𝑖3 = 0 , pois o inerte fica adsorvido na resina de troca iônica. 
A equação 11 representa o balanço de massa para o ácido cítrico. 
 𝑐𝑟 × 𝑥𝑝2 = 𝑟𝑒 × 𝑥𝑝3 (11) 
A equação 12 representa o balanço de massa para a água. 
 𝑐𝑟 × 𝑥𝑎2 = 𝑟𝑒 × 𝑥𝑎3 (12) 
Os resultados do balanço de massa são apresentados na Tabela 4. 
 
Tabela 4 – Resultados do balanço de massa para a resina de troca iônica 
Correntes Vazão mássica (kg/bat) 
Frações mássicas 
Água Produto Inerte 
fc = cr = re 29.000 xa3 = 0,918 xp3 = 0,082 xi3 = 0 
Fonte: os autores. 
4.5 EVAPORADOR DE TRIPLO EFEITO 
Para concentrar a solução utiliza-se um evaporador de triplo efeito, que pode 
ser visualizado na Figura 13. Com base na literatura, optou-se por concentrar o ácido 
cítrico em 50%. 
 
Figura 13 – Fluxograma de bloco para o evaporador de triplo efeito 
 
Fonte: os autores. 
 
A equação 13 representa o balanço de massa global. 
 
 
37 
 𝑟𝑒 = 𝑙3 + (𝑣1 + 𝑣2 + 𝑣3) (13) 
A equação 14 representa o balanço de massa para o ácido cítrico. 
 𝑟𝑒 × 𝑥𝑝3 = 𝑙3 × 𝑥𝑝4 + (𝑣1 × 𝑦1 + 𝑣2 × 𝑦2 + 𝑣3 × 𝑦3) (14) 
Considera-se que o soluto não é volátil, portanto, y1, y2 e y3 são nulos. 
Admite-se também que cada efeito vaporiza a mesma quantidade de solução, assim 
as correntes v1, v2 e v3 são de mesmo valor. 
A equação 15 representa o balanço de massa para o EV1. 
 𝑟𝑒 = 𝑣1 + 𝑙1 (15) 
A equação 16 representa o balanço de massa para o EV2. 
 𝑙1 = 𝑣2 + 𝑙2 (16) 
A equação 17 representa o balanço de massa para o EV3. 
 𝑙2 = 𝑣3 + 𝑙3 (17) 
Os resultados do balanço de massa são apresentados na Tabela 5. 
 
Tabela 5 – Resultados do balanço de massa para o evaporador de triplo efeito 
Correntes Vazão mássica (kg/bat) 
Frações mássicas 
Água Produto 
v1 = v2 = v3 8.088 - - 
l1 20.912 0,8868 0,1132 
l2 12.824 0,8153 0,1847 
l3 4.736 xa4 = 0,5 xp4 = 0,5 
Fonte: os autores. 
4.6 SPRAY DRYER E CICLONE 
Para a secagem do produto final é utilizado um spray dryer seguido de um 
ciclone para separar o ar do ácido cítrico sólido. O fluxograma de blocos do spray 
dryer e do ciclone é mostrado na Figura 14. 
 
 
 
 
 
 
 
 
38 
Figura 14 – Fluxograma de bloco do spray dryer e do ciclone 
 
Fonte: os autores. 
 
A equação 18 representa o balanço de massa global. 
 𝑙3 + 𝑎𝑟 = 𝑎𝑢 + 𝑎𝑐𝑖𝑡 (18) 
Considera-se que o ciclone irá recuperar 99,5% do ácido no concentrado que 
entra no spray dryer, conforme a equação 19. 
 𝑎𝑐𝑖𝑡 × 𝑥𝑝6 = 0.995 × 𝑙3 (19) 
A equação 20 representa o balanço de massa para o ácido cítrico, onde se 
considerou uma produção de ácido cítrico com 0,5% de umidade. 
 𝑙3 × 𝑥𝑝4 = 𝑎𝑐𝑖𝑡 × 𝑥𝑝6 + 𝑎𝑢 × 𝑥𝑝5 (20) 
Na corrente ar, admite-se que entra apenas ar seco no spray dryer, e que todo 
esse ar, sai úmido na corrente au. Nesta corrente, considera-se a perda do pó que é 
arrastado pelo ar. A quantidade de ar necessária, para a secagemda solução 
aspergida no spray dryer, foi definida a partir da quantidade de água que precisa ser 
retirada da solução, e a quantidade de água que o ar, na sua temperatura de saída, 
pode absorver. Foi considerado o ar a uma temperatura de 80°C com umidade 
absoluta (Y) de 0,15 kg água/kg ar seco. É preciso que o ar retire 2.356,16 kg de água 
da solução que entra no spray dryer, com isso, é possível calcular a vazão de ar 
necessária pela razão entre a quantidade de água a ser retirada e a umidade absoluta, 
como mostra a equação 21. 
 
�̇�𝑎𝑔
𝑌
= �̇�𝑎𝑟 (21) 
A corrente que sai do spray dryer e entra no ciclone é a soma das correntes 
que entram no spray dryer. A seguir são apresentadas através da equação 22 e da 
equação 23, o balanço de massa para a água e para o ar, respectivamente. 
 𝑙3 × 𝑥𝑎4 = 𝑎𝑐𝑖𝑡 × 𝑥𝑎6 + 𝑎𝑢 × 𝑥𝑎5 (22) 
 
 
39 
 𝑎𝑟 × 𝑥3 = 𝑎𝑢 × 𝑥4 (23) 
Os resultados do balanço de massa são apresentados na Tabela 6. 
 
Tabela 6 – Resultados do balanço de massa para o spray dryer e ciclone 
Correntes 
Vazão mássica 
(kg/bat) 
Frações mássicas 
Água Produto Ar 
Ar 15.714 - - x3 = 1 
Au 18.082 xa5 = 0,1303 xp5 = 0,000655 x4 = 0,86904 
Acit 2.368 xa6 = 0,005 xp6 = 0,995 - 
Fonte: os autores. 
 
Os resultados do balanço de massa, para a produção de ácido cítrico de cada 
equipamento, também podem ser observados no Apêndice A. 
Max et al. (2010) afirmam que, teoricamente, 100 g de sacarose produzem 
112 g de ácido cítrico. Considerando isto, o rendimento teórico previsto para o 
processo é de 3.360 kg de ácido cítrico, visto que se alimenta 3.000 kg de sacarose 
em cada fermentador. No processo obteve-se uma produção de 2356,16 kg de ácido 
cítrico, mostrando um rendimento real de 70,12%. 
 
 
40 
5 BALANÇO DE ENERGIA 
O balanço de energia (BE) global do processo pode tornar-se complexo, por 
isso, serão feitos BEs para grupos de equipamentos. Os grupos serão: bombas, 
esterilização dos fermentadores, evaporadores e spray dryer. 
5.1 BOMBAS 
A empresa será instalada em uma construção de dois andares a fim de 
diminuir o uso de bombas, e consequentemente o consumo energético, devido ao 
aproveitamento da energia potencial gravitacional. 
Os tanques para crescimento do inóculo estarão dispostos no segundo andar 
da construção, de modo a não necessitar de uso de bomba para a transferência do 
fluído entre os fermentadores e também entre os tanques de inóculo. O fluído seguirá 
para um dos sete fermentadores para produção de ácido. Esses fermentadores 
estarão localizados no segundo andar do pavilhão. Assim, o inóculo será conduzido 
aos fermentadores sem a necessidade de bomba. Ainda, a partir da energia potencial 
gravitacional, o fermentado seguirá para o filtro prensa, aonde o processo de 
purificação da solução será inicializado. 
Para que o filtro prensa possa operar será necessária uma bomba pneumática 
de diafragma, P301, acoplada ao filtro, conforme Figura 15. De acordo com a carta de 
Gantt essa bomba ficará operando por 1h para poder tratar 30 m³ de fermentado. Isso 
significa que, de acordo com o fornecedor Bomax, necessita-se de uma bomba que 
tenha um consumo de ar de 100 SCFM, ou seja, 158 m³/h ou 2,63 m³/min. Assim será 
necessária a aquisição de um compressor de ar da marca Schulz, modelo SRP 4025E, 
que tem uma faixa de vazão efetiva de 2,9 m³/min de ar, com uma potência de 25 Hp 
(potência de motor 19 kW). 
O clarificado que sai do filtro prensa é armazenado em um tanque, TK301, 
que a partir do acionamento da bomba centrífuga, P302, envia a solução para a coluna 
de carvão ativado. Essa bomba também será usada para enviar efluente para a coluna 
de troca iônica, por isso, a bomba terá que ter pressão suficiente para vencer as duas 
perdas de carga, tanto da coluna de carvão ativado quanto da resina trocadora de 
íons. As colunas irão filtrar 30 m³/h ou 0,5 m³/min de efluente, ou seja, operarão por 
 
 
41 
1,0 h cada. Cada coluna terá um volume de 3 m³, para que a saturação e a 
regeneração da resina ocorram com menor frequência. Em relação à escolha da 
bomba, ela será projetada para escoar 50% a mais do que a vazão nominal 
necessária. Esse coeficiente de segurança foi adicionado devido às perdas de cargas 
do sistema que devem ser consideradas e que nesse momento ainda não podem ser 
calculadas com precisão. Sabe-se, por exemplo, que deverão ser consideradas as 
perdas de carga em todas as conexões existentes, no comprimento da tubulação, no 
material dos tubos, na própria resistência da coluna de carvão ativado e na coluna 
trocadora de íons. Por isso, de acordo com o fornecedor Bombas Beto, será instalada 
uma bomba centrífuga modelo JC-7,5, com potência de 7,5 cv, pois ela oferece um 
range de vazão de 49 m³/h de efluente em 0 m de coluna d’água (m.c.a) até 25,3 m³/h 
de efluente quando sob pressão de 40 m.c.a. A escolha por bomba centrífuga ocorreu, 
pois nesse estágio já se tem um efluente sem sólidos sedimentáveis, que apresenta 
apenas turbidez, viscosidade próxima com a da água e temperatura menor que 60°C. 
Além disso, a bomba centrífuga é simples e de fácil manutenção. 
 
Figura 15 – Bombeamento do sistema de filtragem 
 
Fonte: os autores. 
 
As bombas acopladas junto ao evaporador exercerão pressão negativa 
(vácuo) dentro das câmaras, por isso, não será necessário o uso de bombas para o 
envio de fluído da coluna trocadora de íons para o evaporador. 
Na saída do condensado do evaporador haverá uma bomba centrífuga que 
fará o deslocamento do condensado até a caldeira para o reaproveitamento da água. 
Por batelada será gerado 39 m³ de condensado, ou seja, a bomba centrífuga P306 
deverá bombear uma vazão de 3,25 m³/h, pois a batelada do evaporador é de 12 h. 
 
 
42 
Essa bomba também será projetada com um coeficiente de segurança de 50% devido 
as perdas de carga, por isso, de acordo com o fornecedor Bombas Beto, uma bomba 
de ½ cv será utilizada, pois a vazão desta é de 5,7 m³/h sob pressão de 0 m.c.a até 
2,2 m³/h à 20 m.c.a. 
Haverá uma outra bomba (P307) instalada também na tubulação do 
condensado, com o intuito de diminuir a perda de carga, que enviará água á caldeira. 
Essa bomba centrífuga fará o suprimento de uma corrente extra de água e enviará 
ambas as correntes a caldeira. A potência dessa bomba será dimensionada após o 
dimensionamento da caldeira. 
A Tabela 7 sumariza as potências das bombas utilizadas. 
 
Tabela 7 – Descrição das bombas e suas respectivas potências 
Bomba Potência 
P301 (compressor de ar) 1,1 cv 
P302 7,5 cv 
P303, P304, P305 
Incluído no balanço energético do 
evaporador 
P306 ½ cv 
P307 Projetada em conjunto com a caldeira 
Fonte: os autores. 
5.2 ESTERILIZAÇÃO DOS FERMENTADORES 
Os reatores M1, M2, M3, M4 e os sete fermentadores F serão submetidos à 
esterilização após cada batelada com a finalidade de eliminar qualquer contaminação 
dos equipamentos. O processo de esterilização ocorre através da passagem de vapor 
d’água a alta temperatura por serpentinas instaladas no interior dos tanques. O 
balanço energético é obtido a partir da relação entre a variação da temperatura da 
solução do meio e o tempo necessário para este fenômeno ocorrer. 
A condição estabelecida para este processo será vapor d’água a 120°C. A 
transferência de calor, ou seja, a elevação da temperatura interna dos reatores deverá 
ser de 15°C a 120°C em 20 min. Isso significa que na entrada da serpentina o vapor 
estará saturado e na saída, após a condensação, haverá água líquida saturada 
(POLIDORO et al., 2006). 
Para determinar a quantidade de energia térmica e a pressão nos sistemas 
será necessário o uso de dados da tabela termodinâmicada água, como pressão de 
 
 
43 
saturação e calor latente de condensação (entalpia de evaporação). A partir da Figura 
16, sabe-se que a pressão de saturação, P, é 198,5 kPa e a entalpia de evaporação, 
hlv, é 2.202,61 kJ/kg. 
 
Figura 16 - Propriedades termodinâmicas da água em função da temperatura 
 
Fonte: Smith et al. (2007). 
 
Na solução, além dos nutrientes, a concentração de sacarose nos reatores e 
fermentadores são 89 g/L e 100 g/L, respectivamente. Desta forma admitiu-se uma 
solução com densidade = 1,1 g/cm³ e calor específico Cp = 4,19 kJ/kg.K. 
A taxa de transferência de calor (qt) necessária para o aquecimento das 
soluções de 15°C a 120°C, para o intervalo de 20 min, será calculada a partir da 
equação 24. Os valores do volume, massa e taxa de transferência de calor são 
mostrados na Tabela 8, para os reatores de inoculação (M1, M2, M3 e M4) e 
fermentadores (F). 
 𝑞𝑡 = 𝑚𝐶𝑝
Δ𝑇
Δ𝑡
 (24) 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
Tabela 8 – Volume, massa e taxa de transferência de calor para cada equipamento 
 M1 M2 M3 M4 F 
V (m³) 0,048 0,240 1,2 6 30 
m (kg) 52,8 264 1.320 6.600 33.000 
qt (kW) 19,32 96,62 483,12 2.415,6 12.078 
Fonte: os autores. 
 
Os tanques serão isolados com lã de vidro que possui condutividade térmica 
baixa, sendo desconsiderado o calor dissipado para o ambiente. 
A vazão mássica de vapor (M), que deverá ser gerada pela caldeira e passará 
pelas serpentinas para a esterilização dos meios, será calculada a partir da taxa de 
transferência de calor (qt) e do calor latente do vapor saturado para temperatura de 
120°C, através da equação 25. Os valores das vazões mássicas dos inóculos e 
fermentadores são apresentados na Tabela 9. 
 𝑞𝑡 = 𝑀𝜆 (25) 
 
Tabela 9 - Vazões mássicas de vapor nos equipamentos 
 M1 M2 M3 M4 F 
M (kg/s) 0,0088 0,044 0,220 1,098 5,490 
Fonte: os autores. 
5.3 EVAPORADORES 
Para o balanço de energia do evaporador será utilizado o software Aspen 
Plus, devido à falta de dados do ácido cítrico e dificuldade de realizar cálculos com 
evaporadores de triplo efeito. O Aspen não possui uma ferramenta para simulação de 
evaporadores, dessa forma, será utilizada a opção de destilação flash para calcular a 
energia do sistema. Os dados para a corrente de entrada serão de 29.000 L com 
frações mássicas de água de 0,918 e produto de 0,082, a temperatura de entrada 
estipulou-se em 35°C, visto que é uma média da temperatura de operação do 
fermentador. 
Os evaporadores serão operados em pressões negativas, sabendo que a 
economia de energia nessas operações é maior. Para o primeiro evaporador será 
utilizada uma pressão de 1 atm, e uma fração de vapor de 0,32, dessa forma, 
consegue-se aproximar as frações mássicas e vazões aos valores calculados no 
balanço de massa. O resultado gerado é de 7.587,43 kW em uma temperatura de 
 
 
45 
operação de 100°C. Com isso, consegue-se calcular a quantidade de vapor saturado 
necessário para entrar no primeiro evaporador. Através da equação 26 e das tabelas 
termodinâmicas, obtém-se a entalpia de vapor saturado de 2.706,30 kJ/kg, para uma 
temperatura de 120°C. 
 𝑉𝑠 =
𝑞
ℎ𝑣
 (26) 
O resultado encontrado é uma vazão de aproximadamente 10.000 kg de vapor 
por batelada. 
No segundo evaporador será usada pressão de 0,6 atm e fração de vapor de 
0,44, a quantidade de calor gerada será de 4.790 kW e temperatura de operação de 
87°C. O terceiro evaporador irá gerar uma energia de 4.859 kW utilizando pressão de 
0,5 atm e fração de vapor de 0,75, a temperatura de operação deste será de 84°C. 
Somando todos os evaporadores o consumo de energia será de 17.236 kW. 
A Figura 17 representa a simulação feita no Aspen Plus e os valores obtidos. 
 
Figura 17 - Simulação evaporadores de triplo efeito realizada no software Aspen Plus 
Fonte: os autores. 
 
A batelada do evaporador de triplo efeito será realizada por 12 h, deste modo, 
o evaporador irá trabalhar de modo contínuo nessas 12 h, sendo necessários 833 kg 
de vapor por hora para uma vazão de entrada de 2.416,7 L de solução por hora. 
5.4 SPRAY DRYER 
Para o balanço de energia do spray dryer, é considerado que o ar necessário 
para a secagem do produto será alimentado em uma câmara do forno por um 
 
 
46 
ventilador. O ar alimentado no forno passará por um queimador, que funciona com 
combustíveis líquidos ou gás liquefeito de petróleo (GLP), responsável pela retirada 
da umidade do ar e prover a temperatura necessária. O ar entrará no forno a uma 
temperatura de 20°C e será aquecido até 180°C, para entrar no spray dryer. 
Na Tabela 10 a seguir, são apresentadas as propriedades do ar que é 
alimentado no forno do spray dryer. 
 
Tabela 10 – Propriedades do ar alimentado no forno 
Vazão 
mássica 
(kg/bat) 
Temperatura 
entrada (°C) 
Temperatura 
saída (°C) 
Calor 
específico 
(kJ/kg°C) 
Energia 
necessária no 
processo (kJ) 
15.714 20 180 1,012 2.544.410,88 
Fonte: os autores. 
 
A Tabela 11 mostra o poder calorífico do GLP utilizado no queimador do spray 
dryer. 
 
Tabela 11 – Propriedades do gás liquefeito de petróleo utilizado no forno 
Vazão mássica 
(kg/bat) 
Entalpia 
(kJ/kg) 
51,81 49.111,16 
Fonte: os autores. 
 
Para calcular a quantidade necessária de GLP para o aquecimento da 
corrente de ar, será considerado que não há acúmulo e geração de energia durante o 
processo. Assim, é possível usar a equação 27, a seguir. 
 �̇� × 𝐶𝑝 × (𝑇𝑠 − 𝑇𝑒) = �̇� × (𝐻𝑒𝑣𝑎𝑝. + 𝐻𝑟𝑒𝑠𝑓.)̇ (27) 
Será considerada uma eficiência térmica do spray dryer de 50%, esta 
eficiência é considerada em razão das perdas de calor para o ambiente e pela perda 
de carga da linha de gás, portanto a quantidade de GLP necessária é de 103,62 kg 
de gás por batelada. Já que o processo do spray dryer dura 13 h, como pode ser 
observado na carta de Gantt, será necessária uma alimentação de 7,97 kg de gás/h. 
Porém, segundo catálogo do fabricante, o consumo de energia seria de 13.054.080,0 
kJ/bat, o que geraria um consumo de gás de 265,81 kg de gás/bat. 
 O ar quente que entra no spray dryer irá evaporar a água da solução de ácido 
cítrico que é alimentado no equipamento, segundo o catálogo da empresa Galaxie, a 
 
 
47 
temperatura do ar na saída será 80°C. A solução de ácido cítrico entrará no spray 
dryer a temperatura ambiente, cerca de 20°C. Com essa variação de temperatura do 
ar e o dimensionamento correto do equipamento, será possível secar o ácido cítrico 
até os parâmetros necessários. 
 
 
 
48 
6 CARTA DE GANTT 
A carta de Gantt, ilustrada na Figura 18, é um gráfico que tem como objetivo 
expor o tempo de cada etapa do processo da fabricação de ácido cítrico. 
 
Figura 18 – Carta de Gantt do processo 
 
Fonte: os autores. 
 
Conforme a carta demonstra, a empresa trabalhará seis dias por semana, 
fazendo-se necessários três turnos de 8 h por dia de trabalho. Cada turno possuirá 
um técnico químico responsável pelo processo fabril, três operadores que controlarão 
os parâmetros operacionais, dois operadores responsáveis pelo envase do produto, 
dois analistas de qualidade que irão realizar as análises necessárias durante o 
processo e dois analistas de manutenção. Um engenheiro químico será responsável 
pela produção nos três turnos. Na Tabela 12 está descrita a quantidade de 
funcionários e seus respectivos salários. 
Planejar
PLANO PLANO
ATIVIDADE INÍCIO DURAÇÃO PERÍODOS (DIAS)
(DIAS) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Preparação da matéria-prima 1 0,083
Esporos 2 1
Crescimento Reator 1 3 1
Crescimento Reator 2 4 1
Crescimento Reator 3 5 1
Crescimento Reator 4 6 1
Fermentador 11 6
Fermentador 2 2 6
Fermentador 3 3 6
Fermentador 4 4 6
Fermentador 5 5 6
Fermentador 6 6 6
Fermentador 7 7 6
Filtro Prensa 1 0,042
Carvão ativado 1 0,042
Resina 1 0,083
Evaporador (triplo efeito) 1 0,500
Spray Dryer 1 0,417
Ciclone 1 0,125
Planejador de Projetos
 
 
49 
Tabela 12 - Quadro de funcionários e seus respectivos salários 
Cargo Quantidade Salário (R$) 
Engenheiro Químico 1 5.280,00 
Técnico Químico 3 1.900,00 
Operadores 15 1.200,00 
Analistas de Qualidade 6 1.400,00 
Analistas de Manutenção 4 1.600,00 
Fonte: os autores. 
 
Nas etapas dos reatores, o técnico químico possuirá a responsabilidade de 
abastecer o primeiro reator com a quantidade especificada no balanço de massa de 
sacarose, inóculo e demais substratos. Os quatro seguintes reatores de crescimento 
microbiológico possuirão fluxos de alimentação e saídas automatizadas por 
controladores e sensores de processo, sendo necessário somente o monitoramento 
do consumo dos substratos de alimentação para abastecimento. 
A planta fabril possui sete fermentadores, cada um com capacidade de 
produção de 30000 L de solução, contendo biomassa e produto. Após a alimentação 
do primeiro fermentador com a adição de substratos, cada fermentador precisará de 
um período de seis dias para realizar o ciclo de produção de ácido cítrico. As vazões 
de alimentação e descarga de cada fermentador serão automatizadas, sendo 
necessário o acompanhamento de um operador para controle dos parâmetros de 
processo como pressão, temperatura e vazões de entrada e saída. 
Após 8 h de filtração do ácido cítrico no filtro prensa, é programada 1 h para 
a limpeza dos filtros que será realizada por um segundo operador. A biomassa retida 
nos filtros não possui utilidade no processo, sendo destinada como efluente. 
Os processos de filtração com carvão ativado e a resina trocadora de íons são 
automatizadas por controladores de vazão e sensores, sendo necessário o 
acompanhamento do técnico químico para possível saturação das resinas. 
Devido aos processos de purificação, realizados nos demais equipamentos, 
serem automatizados por controladores e sensores, um terceiro operador terá a 
atribuição de monitorar estes processos com o acompanhamento do técnico químico 
do turno. 
O ciclone é a última etapa da produção de ácido cítrico com duração de 3 h. 
O ácido cítrico sólido é então envasado na saída do ciclone com o auxílio de dois 
operadores. 
 
 
50 
7 DIMENSIONAMENTO DE EQUIPAMENTOS 
Este capítulo apresenta o dimensionamento e a cotação dos equipamentos 
implicados no processo de produção do ácido cítrico, assim como o detalhamento dos 
fermentadores. 
7.1 TANQUES DE INÓCULOS E FERMENTADORES 
O dimensionamento dos tanques de inóculos e fermentadores serão 
calculados com base nas relações empíricas de Rushton et al. (1950). Tais relações 
empíricas são apresentadas na Figura 19, com a descrição de cada variável. 
 
Figura 19 – Relações empíricas usadas para os tanques de inóculos e fermentadores 
 
 Fonte: adaptado de Schimidell et al. (2001). 
 
Tanto os tanques de inóculos como os tanques de fermentadores serão 
construídos em aço inoxidável AISI 304 e o número de turbinas pode ser calculado 
pela correlação de Rushton et al. (1950) a seguir: 
𝐻𝐿 − 𝐷𝑖
𝐷𝑖
 > 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑒𝑙𝑖𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 > 
𝐻𝐿 − 2𝐷𝑖
𝐷𝑖
 
7.1.1 Tanques de inóculos 
As dimensões dos tanques dos inóculos, já calculadas pelas relações de 
 
 
51 
Rushton et al. (1950), são descritas na Tabela 13. 
 
Tabela 13 – Dimensões dos tanques de inóculos 
Reator 
Volume 
útil (m³) 
Dt 
(m) 
HL 
(m) 
Di 
(m) 
C 
(m) 
Li 
(m) 
Wi 
(m) 
WB 
(m) 
nº de 
turbinas 
M1 0,048 0,394 0,394 0,131 0,131 0,033 0,026 0,039 1 
M2 0,24 0,674 0,674 0,225 0,225 0,056 0,045 0,067 1 
M3 1,2 1,152 1,152 0,384 0,384 0,096 0,077 0,115 2 
M4 6,0 1,969 1,969 0,656 0,656 0,164 0,131 0,197 2 
Fonte: os autores. 
Notas: 
Dt = Diâmetro do tanque. 
Di = Diâmetro do impelidor. 
HL = Altura da coluna de líquido. 
C = Altura do impelidor em relação ao fundo do reator. 
Li = Largura da pá do impelidor. 
Wi = Altura da pá do impelidor. 
WB = Largura da chicana. 
7.1.2 Fermentadores 
O processo possuirá sete fermentadores com o mesmo volume, e os 
resultados dos cálculos para o dimensionamento deles são apresentados na Tabela 
14, sendo que as medidas serão as mesmas para cada fermentador. 
 
Tabela 14 – Dimensões dos fermentadores 
Reator 
Volume 
útil (m³) 
Dt 
(m) 
HL 
(m) 
Di 
(m) 
C 
(m) 
Li 
(m) 
Wi 
(m) 
WB 
(m) 
nº de 
turbinas 
F 30 3,368 3,368 1,123 1,123 0,281 0,225 0,337 2 
Fonte: os autores. 
Notas: 
Dt = Diâmetro do tanque. 
Di = Diâmetro do impelidor. 
HL = Altura da coluna de líquido. 
C = Altura do impelidor em relação ao fundo do reator. 
Li = Largura da pá do impelidor. 
Wi = Altura da pá do impelidor. 
WB = Largura da chicana. 
 
A Figura 20 apresenta o desenho do modelo dos tanques de fermentadores 
que serão utilizados. 
 
 
 
 
 
 
52 
Figura 20 – Desenho do modelo dos tanques de fermentadores 
 
Fonte: Palenox (2017). 
7.1.3 Detalhamento dos Fermentadores 
Os fermentadores possuirão agitação mecânica, com turbinas de seis pás 
planas e mais detalhadamente os seguintes equipamentos: 
a) sistema de agitação via servo-motor com controle de 1-100 rpm, acoplado 
com sensor óptico de velocidade real com resolução de ±1 rpm. 
b) controlador de pH, através de um eletrodo. 
c) bomba para entrada de ácido/base com controle automático do pH, do 
tipo on-off. 
d) serpentina para o controle de temperatura e para o processo de 
esterilização. 
e) válvula para a entrada do meio de cultivo, nutrientes e células, do tipo 
globo. 
f) válvula de retenção para saída de gases. 
g) bomba peristáltica para adição de antiespumante, com sensor baseado 
em condutividade com altura ajustável. 
 
 
53 
7.2 FILTRO PRENSA 
O produto extraído do fermentador possui um teor de 2% p/p de biomassa, 
estando de forma fluida e com teor de umidade menor de 98% por isso precisa ser 
submetido ao processo de desidratação. A desidratação é o processo de remoção de 
água do lodo, pelo qual se obtém uma redução de volume maior do que a conseguida 
pelo adensamento. 
A desidratação da biomassa será realizada em um filtro prensa de placas com 
estrutura superior (overhead frame), onde as placas estarão suspensas por uma viga 
situada na parte superior do equipamento. Esse tipo de filtro prensa foi selecionado, 
pois apresenta algumas vantagens em relação aos filtros com estruturas laterais, 
como facilidade na movimentação das placas, facilidade na remoção das tortas, 
facilidade também na verificação do estado na manutenção das lonas. Além disso, um 
lavador automático será instalado para que a limpeza das lonas possa ser realizada. 
As placas do filtro prensa serão de polipropileno (PP), pois a densidade é 
menor se comparado com aço, por exemplo. Além disso, o PP também apresenta 
elevada resistência à corrosão. As placas terão tamanho de 1,0 x 1,0 m. 
O tempo necessário para que a mistura seja desidratada relaciona-se com as 
características do fermentado e dos equipamentos envolvidos no processo, como por 
exemplo, as bombas e as lonas escolhidas. 
De acordo com Lampoglia et al. (2017) o sistema de alimentação deve ser 
dimensionado para que o período de enchimento do filtro dure 5 min. Essa operação 
será realizada através de uma bomba diafragma de alta pressão e vazão variável que 
já vem acoplada ao filtro no momento da aquisição. A bomba de alimentação foi 
calculada para enchero filtro em 5 min, ou seja, terá uma vazão de 30 m³/h.Também 
será instalada uma bomba reserva caso venha ser feita uma manutenção na primeira. 
Essa mesma bomba servirá tanto para o enchimento do filtro quanto para a 
prensagem/filtração. Posteriormente, a prensagem, por sua vez, terá duração de 55 
min. 
A Tabela 15 apresenta os dados resumidos das características do filtro 
prensa, do filtrado e da biomassa. 
 
 
 
 
 
54 
Tabela 15 – Características do filtro prensa, do filtrado e da biomassa 
Especificações 
Densidade da torta e do fermentado (consideração) 1.000 kg/m³ 
Volume total do fermentado a ser prensado 30.000 L 
Volume total da torta 1.000 L 
Tamanho da placa 1,0 x 1,0 m 
Espessura da torta 20 mm 
Volume da torta 0,02 m³ 
Número de tortas 50 
Tempo de alimentação 5 min 
Vazão da bomba de alimentação 30 m³/h 
Pressão da bomba de alimentação 15 bar 
Tempo de prensagem 55 min 
Fonte: os autores. 
 
O produto da prensagem, onde se encontra o ácido cítrico, será enviado a um 
tanque de polipropileno projetado para suprir um aumento de produção de até 20%, 
ou seja, o tanque tem um volume nominal de 34,2 m³, conforme Figura 21. O 
fermentado armazenado será retido nesse tanque e seguirá posteriormente para a 
coluna de carvão ativado e resinas de troca iônica. A torta retida no filtro prensa será 
reutilizada no processo. O dimensionamento do filtro prensa é apresentado na Figura 
22. 
 
Figura 21 – Dimensionamento do tanque de polipropileno 
 
Fonte: Beto (2017). 
 
Futuramente, caso a empresa veja a necessidade de expansão, o filtro prensa 
 
 
55 
poderá ser ampliado, pois a sua estrutura suporta a instalação de até 60 placas. 
 
Figura 22 – Dimensionamento do filtro prensa 
 
Fonte: Beto (2017). 
 
Foi-se pensado, no fechamento do presente trabalho, uma alternativa deixada 
como sugestão a fim de aumentar a eficiência do processo de filtragem. O próprio 
fermentador poderia ser utilizado como uma unidade de adensamento, tanto para 
minimizar o tempo de operação do filtro prensa, ou seja, aumentar a eficiência 
energética, quanto para investimento inicial menor devido a aquisição de um filtro 
prensa menor. Na última hora do processo de fermentação, a agitação seria desligada 
e o produto ficaria dentro do tanque com fundo cônico, a fim de sedimentar parte da 
biomassa, assim seria possível reduzir o teor de umidade de 98% para 90% p/p. 
Portanto, seria necessário filtrar apenas os primeiros 6.000 L do fermentado que saem 
por baixo do fermentador. 
O produto da fermentação assim adensado se apresentaria ainda de forma 
fluida, sendo, portanto necessário submeter a mistura à desidratação. A desidratação 
da biomassa aumentaria de 10% para 40% p/p de teor de sólidos, ou seja, o teor de 
umidade reduziria de 94% para 60% p/p. Portanto, se obteria uma torta com as 
mesmas características descritas anteriormente, porém com tempo de processo 5 
vezes menor. 
7.3 CARVÃO ATIVADO E RESINA DE TROCA IÔNICA 
O sistema de carvão ativado e de troca iônica pode também ser chamado de 
 
 
56 
skid de polimento. O skid tem o objetivo de reter qualquer composto colorido e íons 
dissolvidos no fermentado. 
A vazão nominal será de 30 m³/h, portanto o sistema operará por 1,0 h/dia. 
Essa vazão é a maior encontrada comercialmente. 
O sistema será composto pelos seguintes itens que seguem no Quadro 3. 
 
Quadro 3 – Composição do skid de polimento 
Item 
Características 
Filtro de carvão 
ativado 
Revestimento interno: polipropileno, cartucho de 5 micra, 
troca do meio filtrante a cada 6 meses. 
Coluna aniônica Revestimento interno: polipropileno, resina tipo SST-60, 
quantidade por coluna: 420 L 
Coluna catiônica 
Revestimento interno: polipropileno, resina tipo Catonica 
PFA-300, quantidade por coluna: 420 L 
Dois tanques de 
regeneração 
Material: Polipropileno 
Medidor de vazão 
Tipo eletromagnético marca Incontrol 
Quatro 
manômetros 
Tipo: Bourdon. Aplicação: Leitura de pressão na linha 
hidráulica, indicador de perda de carga no vaso de pressão. 
Escala:0 a 5 kgf/cm² e 0 a 70 PSI 
Condutivímetro 
Aplicação: Leitura da condutividade da água 
desmineralizada. Faixa de medição: 0 a 1999 μS/cm. 
Temperatura de trabalho: -10 a 55 °C 
Comando elétrico 
para o 
condutivímetro 
Composto por: a) sensor do condutivímetro: monitora a 
condutividade da água, ao ultrapassar 30 μS o sistema trava 
a solenoide e emite o alarme ótico e sonoro. b) fio da 
solenoide: trava a passagem do fluido ao acusar a 
condutividade acima da programada no condutivímetro. 
Bomba Material: inox 
Fonte: os autores. 
 
A Figura 23 apresenta o sistema de carvão ativado e de troca iônica e, o 
espaço necessário para a sua instalação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
57 
Figura 23 – Espaço necessário para o skid de polimento 
 
Fonte: Angelo (2017). 
 
As colunas de troca iônica serão regeneradas diariamente, após a filtração do 
ácido cítrico. A coluna de troca aniônica será regenerada com uma solução de NaOH 
1,5 g/L. E a coluna de troca catiônica será regenerada com uma solução de HCl 1,5 
g/L. Ambas as colunas precisam de 300 L cada para completar a regeneração, ou 
seja, serão necessários 0,45 kg de NaOH e 0,45 kg de HCl diariamente. O processo 
de regeneração será feito através da lavagem cíclica das colunas com essas soluções. 
O tempo do processo, sendo ambas as colunas tratadas paralelamente, será de 30 
min. As resinas deverão ser trocadas a cada 6 meses. 
A coluna de carvão ativado será regenerada apenas com o processo de 
retrolavagem com água potável. Esse processo irá ocorrer concomitantemente a 
lavagem das colunas iônicas. O carvão ativado devera ser trocado quando o 
manômetro, mesmo depois da retrolavagem, acusar uma alta pressão no processo de 
filtração. Ou seja, espera-se fazer a troca do carvão ativado a cada 6 meses. 
7.4 EVAPORADOR DE TRIPLO EFEITO 
Para dimensionar o equipamento é necessário conhecer a área de troca 
térmica do evaporador. Lembrando que os cálculos foram simulados pelo Aspen, 
 
 
58 
conforme mostrado no item 5.3, sabe-se que a capacidade de um evaporador de 
simples efeito é aproximadamente a mesma do múltiplo efeito, se não houver elevação 
do ponto de ebulição da solução. Dessa forma, estipulou-se que todos os efeitos terão 
a mesma área de troca térmica e utilizou-se a equação 28 para calculo da área. 
 𝑞𝑡 = 𝑈𝑚 × 𝐴 × (𝑡𝑠 − 𝑡3) (28) 
Sendo ts equivalente à temperatura de entrada do vapor (ts = 120°C) no 
sistema e t3 a temperatura final (t3 = 84°C). Para o ácido cítrico não foram encontrados 
valores do coeficiente global de troca térmica (U), dessa forma, estipulou-se uma 
média dos valores encontrados para evaporadores de misturas orgânicas com 
concentrações semelhantes ao processo, obtendo um valor médio de 2836,23 
W/m²kg°C. Contudo, a área de troca térmica dos evaporadores será de 74,3 m². 
Hugot (1969) identificou os melhores diâmetros e comprimentos dos tubos 
para evaporadores na indústria açucareira, visando o aumento da concentração e 
viscosidade a cada efeito. Em razão do ácido cítrico ser proveniente da sacarose, 
utilizou-se esses dados para dimensionar o equipamento, estipulando como melhor 
diâmetro de tubo 40 mm e comprimento de 2,7 m. Resultando em uma área de 0,34 
m² por tubo, sendo necessários 219 tubos para cada evaporador com espessura de 3 
mm. 
Serão utilizados evaporadores verticais de tubos longos, onde os tubos 
ocupam um espaço de 1 m de comprimento, 2,7 m de altura e uma largura de 1 m. 
Esses tubos estarão acoplados dentro de um tanque cilíndrico de 6,83 m³, com altura 
de 3,4 m, diâmetrode 1,6 m e espessura de 1 cm. 
O evaporador será construído com aço inoxidável AISI 304. A Figura 24 
apresenta um evaporador de triplo efeito. 
 
Figura 24: Evaporador de triplo efeito 
 
Fonte: CN food machines (2017). 
 
 
 
59 
7.5 SPRAY DRYER 
Como o ácido cítrico trata-se de um composto orgânico, é preferível não 
trabalhar com temperaturas muito altas, para não desnaturar o composto. Portanto, 
para trabalhar com a temperatura apropriada e conseguir retirar toda a água proposta 
no balanço de massa, foram observadas as especificações técnicas de spray dryers 
do catálogo da empresa Galaxie. 
De acordo com as especificações técnicas deste catálogo, o equipamento 
ideal para o processo seria o modelo 3530. Com esse modelo é possível evaporar 
toda a água necessária nas temperaturas especificadas no balanço de energia. Ainda 
segundo informações técnicas, o espaço requerido para a instalação do equipamento 
seria de 6 m de largura por 6 m de profundidade e altura mínima do teto de 9,0 m. Em 
que a câmara do equipamento tem um diâmetro de 3,50 m e 6,20 m de altura. É 
possível observar os componentes do spray dryer na Figura 25. 
 
Figura 25 – Componentes do spray dryer 
 
 Fonte: Aparício (2017). 
 
A planta do equipamento e as suas especificações técnicas podem ser 
observadas no Anexo 1. 
1- Tanque de alimentação 
2- Filtro do produto 
3- Bomba dosificadora 
4- Conjunto de canos e 
válvulas 
5- Queimador completo 
6- Gerador direto de gases 
quentes 
7- Atomizador complete 
8- Dispersor de ar quente 
9- Câmara do spray 
10- Dutos de interconexão 
11- Ciclone 
12- Válvula rotativa 
13- Ventilador de aspiração 
14- Chaminé 
15- Painel de controle 
16- Lavador de gases 
 
 
60 
7.6 CALDEIRA 
A caldeira neste processo tem função de produzir vapor d’água para as 
funções de esterilização dos fermentadores e reatores e no processo de purificação 
de ácido cítrico nos evaporadores. 
A caldeira operará na pressão de 198,5 kPa atingindo vapor saturado a 120ºC 
por 20 min para a esterilização dos meios. Cada reator e fermentador serão 
esterilizados separadamente totalizando 100 min necessários para a produção de 
vapor à 120ºC. 
Para o primeiro evaporador será necessária vazão de 833 kg/h de vapor 
durante 12 h. No processo há três evaporadores para a purificação de ácido, mas 
somente o primeiro evaporador será abastecido com o vapor proveniente da caldeira. 
Para a evaporação se faz necessário vapor saturado a 120ºC. Os outros evaporadores 
serão abastecidos com vapor da solução de ácido evaporada. 
Na Tabela 16 são mostradas as vazões mássicas de vapor necessários para 
os reatores (M1, M2, M3 e M4), fermentador (F) e evaporador (EV1) por dia. 
 
Tabela 16 – Vazões mássicas de vapor nos equipamentos 
 M1 M2 M3 M4 F EV1 
M (kg/dia) 10,6 52,8 264,0 1.317,6 6.588,0 3.332,0 
Fonte: os autores. 
 
O combustível da caldeira será gás liquefeito do petróleo (GLP) que tem como 
poder calorífico de 49.111,16 kJ/kg, o mesmo combustível usado para o equipamento 
spray dryer. O consumo diário de GLP para geração de vapor será de 384,92 kg. 
A Figura 26, mostra as dimensões da caldeira à vapor com capacidade 
máxima de 20 ton/h de vapor à pressão de 170 psi (1.172,11kPa). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
61 
Figura 26 - Caldeira tipo flamotubular à gás liquefeito do petróleo (GLP) 
 
Fonte: Alfa Laval Aalborg Ind. e Com. Ltda (2016). 
Notas: 
L = 9500 mm; 
H = 4500 mm; 
W = 4600 mm; 
Ds = 1160 mm. 
 
 
62 
8 ANÁLISE FINANCEIRA DE EQUIPAMENTOS E INSTALAÇÕES 
8.1 EQUIPAMENTOS 
A Tabela 17 contém as informações sobre a cotação individual de todos os 
equipamentos necessários no processo de produção de ácido cítrico. 
 
Tabela 17 – Cotação de equipamentos para a produção de ácido cítrico 
Equipamento Valor unitário Quantidade Valor Total 
Tanque de inóculo 1 R$9.500,00 1 R$9.500,00 
Tanque de inóculo 2 R$20.000,00 1 R$20.000,00 
Tanque de inóculo 3 R$48.000,00 1 R$48.000,00 
Tanque de inóculo 4 R$105.000,00 1 R$105.000,00 
Fermentadores R$220.000,00 7 R$1.540.000,00 
Filtro Prensa R$290.000,00 1 R$290.000,00 
Tanque de polipropileno 
(34,2 m³) 
R$135.065,00 1 R$135.065,00 
Skid carvão ativado + resina 
troca iônica 
R$463.334,00 1 R$463.334,00 
Caldeira R$800.000,00 1 R$800.000,00 
Evaporador de triplo efeito R$400.000,00 1 R$400.000,00 
Spray dryer e ciclone R$1.390.000,00 1 R$1.390.000,00 
Total R$ 5.200.899,00 
Fonte: os autores. 
Nota: As cotações das bombas foram incluídas nos valores de cada equipamento. 
8.2 INSTALAÇÕES 
A fábrica será instalada na cidade de Tarumã - SP, e o prédio será alugado. 
O aluguel inicial será de R$ 20.000,00 mensais. 
O pavilhão terá dois andares, sendo que cada um terá uma área de 1.398 m². 
Esse tamanho supre uma futura ampliação do processo de produção. 
 
 
63 
9 NORMAS REGULAMENTADORAS 
As Normas Regulamentadoras (NR) relativas à segurança e medicina do 
trabalho, devem ser cumpridas obrigatoriamente por todas as empresas, visando a 
saúde e integridade física de todos os funcionários da empresa. É responsabilidade 
do empregador e do empregado o cumprimento de todas as normas. Portanto, este 
tópico apresenta as principais NRs aplicadas na empresa de ácido cítrico. 
Conforme NR 2, todas as instalações da empresa terão o Certificado de 
Aprovação de Instalações (CAI) emitido pelo órgão regional do Ministério do Trabalho 
e Emprego (MTE). 
A NR 4 tem a finalidade de promover a saúde e proteger a integridade do 
trabalhador no local de trabalho. Dessa forma, a empresa contará com um técnico de 
Segurança do Trabalho que deverá portar o certificado de conclusão de Ensino Médio 
de Técnico de Segurança do Trabalho, com currículo do MTE, conforme NR 27. 
A NR 5 está relacionada com a Comissão Interna de Prevenção de Acidentes 
(CIPA). Haverá um integrante efetivo da CIPA e um suplente, os quais terão o objetivo 
de prevenir acidentes e doenças decorrentes do trabalho, além de serem 
responsáveis pela construção do mapa de riscos dos setores da empresa. 
Conforme a NR 6, todos os empregados envolvidos na produção receberão 
gratuitamente todos os Equipamentos de Proteção Individual (EPI) necessários para 
proteger sua saúde e integridade física, estes equipamentos serão: jalecos, sapatos 
de segurança, luvas de PVC, óculos com proteção lateral, protetor auricular, touca 
protetora e máscara contra poeiras. Os funcionários dos setores de expedição e 
almoxarifado utilizarão: jalecos, sapatos de segurança e touca proterora. E os 
funcionários do setor administrativo utilizarão uniformes, e se caso for necessário 
entrarem no setor de produção deverão usar os EPI’s obrigatórios. 
Todos os EPI’s terão o Certificado de Aprovação – CA, expedido pelo órgão 
nacional competente em matéria de segurança e saúde no trabalho do MTE. 
A NR 8 estabelece requisitos técnicos mínimos que devem ser observados 
nas edificações, para garantir segurança e conforto aos que nelas trabalham. Os 
pisos, escadas, rampas, corredores e passagens estarão de acordo com NR 8, visto 
isso, não haverá depressões e saliências. A área da montagem terá piso 
antiderrapante, devido ao perigo de escorregamento. O piso da produção será de 
 
 
64 
concreto polido, garantindo a limpeza do setor, e apresentará resistência suficiente 
para suportar as cargas móveis e fixas. O primeiro andar terá um pé direito de 4,5 m 
e o segundo andar 5,5 m, garantindo uma troca de ar eficiente. 
As matérias-primas, insumos e o produto final serão armazenados em locais 
apropriados, segregados em porta pallets, obedecendo aos requisitos de segurançade armazenagem para cada tipo de material. Para facilitar o transporte serão utilizadas 
empilhadeiras, que conforme NR 11 passarão por manutenções preventivas. Os 
motoristas deverão ser habilitados, podendo dirigir apenas durante o horário de 
trabalho com o cartão de identificação, que conterá nome e fotografia. Os elevadores 
de carga e de passageiros serão conservados em perfeitas condições de trabalho, 
garantindo segurança, sendo realizadas inspeções frequentes nos mesmos. 
A NR 12 trata de medidas preventivas de segurança e higiene no trabalho a 
serem adotados na instalação, operação e manutenção de máquinas e equipamentos. 
Para garantir a saúde e integridade dos operadores, as máquinas e equipamentos 
terão locais e pisos adequados para suas instalações, com as áreas de circulação 
devidamente demarcadas e mantidas desobstruídas. Além disso, todas as máquinas 
e equipamentos terão sistemas de segurança e dispositivo de parada de emergência 
para garantir a segurança do operador. 
A empresa terá uma caldeira que será instalada em local específico, com 
afastamento de 4 m das edificações da empresa com duas saídas dipostas em 
direções distintas. O operador responsável pela manutenção da caldeira deverá ter 
treinamento específico e utilizar EPI’s adequados para determinada atividade, devido 
ao elevado grau de risco de sua função, conforme NR 13. 
Os empregados que trabalharão na fábrica estarão expostos a ruídos, 
produtos químicos e agentes biológicos, conforme NR 15, todos eles receberão 
insalubridade de grau médio, com adição incidente sobre o salário mínimo de 20%. 
A NR 23 tem por objetivo a prevenção de incêndios, visto isso, a empresa 
possuirá equipamentos de combate ao incêndio, dispositivos de alarme, 
procedimentos para evacuação dos locais de trabalho com segurança, saídas de 
emergências próximas a cada setor da empresa e funcionários capacitados em instruir 
e auxiliar os demais empregados em situações de incêndio. 
Todas as áreas da empresa, tubulações e saídas serão sinalizadas com cores 
determinadas na NR 26, como forma de prevenção, evitando distração e confusão por 
parte dos trabalhadores e alertando os mesmos sobre produtos e os locais perigosos. 
 
 
65 
Na empresa constarão equipamentos com altura superior a 2 m, sendo eles 
os fermentadores e spray dryer. Esses equipamentos terão medidas de proteção 
estabelecidas na NR 35, como escada com guarda corpo e corrimão. Todos os 
funcionários que irão trabalhar com estes equipamentos terão treinamentos para dada 
função e utilizarão EPI’s adequados. 
 
 
66 
10 REGISTROS, LICENÇAS E CERTIFICADOS 
10.1 LICENCIAMENTO AMBIENTAL 
A empresa será instalada no estado de São Paulo, por isso o licenciamento 
será feito obedecendo às normas federais e estaduais pertinentes, sempre 
respondendo ao órgão responsável. Neste caso a Companhia Ambietal do Estado de 
São Paulo (CETESB) corresponde ao órgão estadual. 
O licenciamento ambiental, para aqueles que têm atividade licenciável, é 
obtido seguindo-se três etapas consecutivas: 
a) Licença Prévia (LP): Licença que deve ser solicitada na fase de 
planejamento da implantação, alteração ou ampliação do 
empreendimento. Aprova a viabilidade ambiental do empreendimento, não 
autorizando o início das obras. 
b) Licença de Instalação (LI): Licença que aprova os projetos. É a licença que 
autoriza o início da obra/empreendimento. É concedida depois de 
atendidas as condições da Licença Prévia. 
c) Licença de Operação (LO): Licença que autoriza o início do funcionamento 
do empreendimento/obra. É concedida depois de atendidas as condições 
da Licença de Instalação. 
O licenciamento será obtido para uma indústria com área construída de 
1.470,7 m² e ramo de atividade “Fabricação de Produtos Químicos Orgânicos não 
especificados anteriormente” com fator de complexidade da fonte poluidora de grau 5. 
A partir do ramo da atividade simularam-se os valores das licenças necessárias para 
uma empresa de porte pequeno, a simulação gerou um preço em Unidade Fiscal do 
Estado de São Paulo (UFESP). O sendo que o UFESP no ano de 2017 tem valor de 
R$ 25,07. Com isso, os valores da LP, LI e LO serão, respectivamente, R$ 403,38, R$ 
403,38 e R$ 1.344,76 (CETESB, 2017). 
10.2 CERTIFICADO DA ANVISA 
O empreendimento é obrigado a comprovar que está autorizado a exercer 
certas atividades, como por exemplo, a produção de aditivos alimentícios, definidas 
 
 
67 
pela Agência nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA). O valor desse certificado 
depende do porte da empresa, ou seja, o seu faturamento e a atividade desenvolvida. 
O faturamento bruto anual médio da empresa será, em média, de R$ R$ 
10.177.920,00. A Lei Complementar nº 139/2011 enquadra esse faturamento como 
empresa de pequeno porte (EPP), por isso a taxa será de R$ 1.063,74. 
10.3 PLANO DE PREVENÇÃO E PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIOS 
O Plano de Prevenção e Proteção Contra Incêndio (PPCI) é um processo que 
todo o responsável por instalações industriais deverá possuir e que poderá ser 
encaminhado ao Corpo de Bombeiros da Brigada Militar do Estado do Rio Grande do 
Sul (CBMRS). 
O CBMRS cobra duas taxas para a implementação do PPCI. Essas taxas 
levam em conta as possíveis energias caloríficas liberadas pela combustão completa 
de todos os materiais contidos no ambiente, a altura e área construídas, os 
revestimentos das paredes e pisos. 
As taxas aplicáveis ao presente empreendimento foram consultadas no 
Decreto Estadual do Estado de São Paulo nº 46.076/01. Além das taxas, o 
desenvolvimento do PPCI será terceirizado, por isso, estima-se um custo total de R$ 
2.500,00 para a implementação. 
10.4 CERTIFICADO DE REGISTRO CADASTRAL E CERTIFICADO DE LICENÇA 
DE FUNCIONAMENTO 
A Polícia Federal controla o uso de certos produtos químicos através do 
Certificado de Registro Cadastral (CRC) e do Certificado de Licença de 
Funcionamento (CLF). 
Devido ao processo de regeneração das resinas de troca iônica, aonde serão 
necessários os usos de ácido clorídrico (HCl) e hidróxido de sódio (NaOH), em 
quantidades maiores que o limite da isenção desses certificados, a empresa 
necessitará de ambos os certificados. O valor do CRC é de R$ 1.188,99 e do CLF é 
R$ 2.377,98. 
 
 
68 
11 PLANTA BAIXA 
A Figura 27 e 28 representam a planta baixa da empresa produtora de ácido 
cítrico. A empresa totaliza em 1.398 m² o primeiro pavimento e 1.398 m² o segundo 
pavimento. 
 
Figura 27 – Projeto 2D do primeiro pavimento da empresa de ácido cítrico
 
Fonte: os autores (2017). 
 
 
 
69 
Figura 28 - Projeto 2D do segundo pavimento da empresa de ácido cítrico
 
Fonte: os autores (2017). 
 
 
 
70 
12 ANÁLISE ECONÔMICA 
Nesse item será descrita a viabilidade econômica da produção de ácido 
cítrico. Esse estudo está baseado considerando os custos fixos e variáveis, compra e 
reforma de equipamentos, depreciação, custo de mão-de-obra, comercialização, 
custo geral do produto, faturamento, taxas com licenças. 
Para isso, o estudo foi dividido em três análises: análise I, análise II e análise 
II. 
12.1 ANÁLISE I 
Esse estudo levará em consideração a receita bruta anual e descontará todos 
os custos com a matéria prima (equação 29): 
 𝐴𝑁𝐼 = 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑡𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 − 𝑐𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑀𝑃 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 (29) 
A análise foi feita considerando que a empresa operará desde o princípio com 
100% da sua capacidade, ou seja, serão produzidos 70.680 kg de ácido cítrico 
mensalmente. 
Com base nessas informações pode-se calcular os custos com a matéria 
prima (Tabela 18) e o faturamento bruto anual (Tabela 19).71 
Tabela 18 – Custo mensal e anual das matérias primas para a produção de ácido cítrico 
Matéria-prima Quantidade 
Custo 
Unitário 
Custo Mensal Custo Anual 
Sacarose 1.265kg/bat R$1,20 R$42.528,00 R$510.336,00 
Sacaria de plástico – 
interno 
96kg/bat R$1,03 R$2.760,40 R$33.124,80 
Sacaria de papel – 
externo 
96kg/bat R$2,01 R$5.386,80 R$64.641,60 
Sulfato de ferro 3,7kg/bat R$12,00 R$1.248,00 R$14.976,00 
Fosfato 
monopotássico 
7,4kg/bat R$14,00 R$2.912,00 R$34.944,00 
Sulfato de zinco 1,4kg/bat R$8,00 R$320,00 R$3.840,00 
Sulfato de cobre 3,0kg/bat R$16,00 R$1.344,00 R$16.128,00 
Sulfato de magnésio 10,0kg/bat R$3,50 R$980,00 R$11.760,00 
Sulfato de amônio 75,0kg/bat R$1,50 R$3.150,00 R$37.800,00 
HCl (coluna 
regeneração) 
0,6kg/bat R$0,65 R$10,40 R$124,80 
NaCl (coluna 
regeneração) 
0,6kg/bat R$0,68 R$10,88 R$130,56 
Total R$60.650,48 R$727.805,76 
Fonte: os autores (2017). 
 
Tabela 19 – Estimativa da receita mensal e anual para a produção do ácido cítrico 
Produto Quantidade 
Preço de 
venda 
Receita Mensal Receita Anual 
Ácido 
cítrico 
2280kg/bat R$12,00 R$848.160,00 R$10.177.920,00 
Fonte: os autores (2017). 
 
Utilizando-se a equação 29, obteve-se um ANI de R$ 9.450.115,00: 
 
ANI = R$ 10.177.920,00 - R$ 727.805,76 = R$ 9.450.115,00. 
12.2 ANALISE II 
A segunda análise econômica relaciona o valor residual da análise I e 
desconta os custos mensais fixos. Estes custos estão apresentados na Tabela 20. 
 
 
 
 
 
 
 
72 
Tabela 20 – Gastos mensais envolvidos no processo de produção do ácido cítrico 
Despesa Valor mensal 
Gás caldeira R$109.567,98 
Água R$31.500,00 
Gás para empilhadeira R$120,00 
Outras taxas R$14,01 
Depreciação R$46.049,15 
Materiais de escritório R$550,00 
Materiais de limpeza R$300,00 
Salários + encargos R$61.292,00 
Manutenção de 
equipamentos 
R$4.000,00 
Honorários do contador R$300,00 
Telefone + internet R$134,89 
Energia elétrica R$40.000,00 
IPTU R$4.450,00 
Aluguel R$20.000,00 
Total R$318.278,03 
Fonte: os autores (2017). 
 
ANII = ANI – custos mensais 
ANII = R$ 9.450.115,00 - R$ 318.278,03 = R$ 9.131.836,97 
12.3 ANALISE III 
A análise III foi realizada através do software “Como elaborar um plano de 
negócio (CEPN)” do Sebrae-MG. Esse software leva em consideração as análises I e 
II descritas anteriormente para calcular a viabilidade e o tempo de retorno do 
investimento. 
O investimento fixo, que leva em consideração a aquisição de todos 
maquinários e auxiliares, como por exemplo, máquinas e equipamentos, 
computadores, veículos, será próximo de R$ 5.393.399,00. 
O investimento total, que leva em consideração os investimentos fixos, o 
capital de giro (estoque inicial + caixa mínimo) e os investimentos pré-operacionais, 
será de R$ 5.561.402,79. Desse montante, 20% será investimento provindo de 
recursos próprios, 10% de investimento de terceiros, e os outros 70% serão 
investimentos provindos de empréstimos. 
Através do software do Sebrae obteve-se o demonstrativo dos resultados e 
os indicadores de viabilidade da empresa produtora de ácido cítrico, e estão 
 
 
73 
apresentados nas Tabelas 21 e 22. O prazo de retorno do investimento deste 
empreendimento é de 2 anos e 10 meses. 
 
Tabela 21 – Demonstrativos ds resultados obtidos pelo CEPN para a produção de pacido cítrico 
Descrição Valor Valor anual Percentual 
Receita total com vendas R$848.160,00 R$10.177.920,00 100% 
Custos variáveis totais - - - 
Custos com materiais diretos 
e/ou das mercadorias vendidas 
R$56.544,00 R$678.528,00 6,67% 
Impostos sobre vendas R$295.583,76 R$3.547.005,12 34,85% 
Gastos com vendas R$12.722,40 R$152.668,80 1,50% 
Total de custos variáveis R$364.850,16 R$4.378.201,92 43,02% 
Margem de contribuição R$483.309,84 R$5.799.718,08 56,98% 
Custos fixos finais R$318.278,03 R$3.819.336,36 37,53% 
Resultado operacional R$165.031,81 R$1.980.381,72 19,46% 
Fonte: CEPN (2017). 
 
Tabela 22 – Indicadores de viabilidade obtidos pelo CEPN para a produção de ácido cítrico 
Indicadores Ano 1 
Ponto de Equilíbrio R$6.702.549,92 
Lucratividade 19,46% 
Rentabilidade 35,61% 
Prazo de retorno do investimento 2 anos e 10 meses 
Fonte: CEPN (2017). 
 
 
 
74 
REFERÊNCIAS 
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79 
APÊNDICE A – BALANÇO DE MASSA PARA PRODUÇÃO DO ÁCIDO CÍTRICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
Descrição da incógnita Incógnita Valor
Unidade 
de medida Observações
Fator de conversão de substrato em célula Yx/s = 0,45 g/g Yx/s = (X-Xo) / (So-S)
Volume do reator M1 48 L Admite-se que há apenas crescimento de biomassa nos inóculos
Quantidade de célula que entra no reator Xo1 = 480 g 1,0%
Quantidade de célula que sai do no reator Xo2 = 2400 g 5,0%
Quantidade de substrato que entra no reator So1 = 4266,67 g É considerado que todo o substrado é consumido
Volume do reator M2 240 L
Quantidade de célula que entra no reator Xo2 = 2400 g 1,0%
Quantidade de célula que sai do no reator Xo3 = 12000 g 5,0%
Quantidade de substrato que entra no reator So2 = 21333,33 g É considerado que todo o substrado é consumido
Volume do reator M3 1200 L
Quantidade de célula que entra no reator Xo3 = 12000 g 1,0%
Quantidade de célula que sai dono reator Xo4 = 60000 g 5,0%
Quantidade de substrato que entra no reator So3 = 106666,67 g É considerado que todo o substrado é consumido
Volume do reator M4 6000 L
Quantidade de célula que entra no reator Xo4 = 60000 g 1,0%
Quantidade de célula que sai do reator
fe1=fe2=
fe3=fe4=
fe5=fe6=
fe7 300000 g 5,0%
Quantidade de substrato que entra no reator So4 = 533333,33 g É considerado que todo o substrado é consumido
Fator de conversão de substrato em produto Yp/s = 0,8 g/g Yp/s = (P-Po) / (So-S)
Fator de conversão de substrato em célula Yx/s = 0,2 g/g Y x/s =(X-X0)/(S0-S) 10-15 g/L de biomassa seca
Volume dos fermetadores fs 30000 L
Ácido cítrico na saída do fermentador P.fs 2400 kg Considera-se a mesma produção em todos os fermentadores
Ácido cítrico na entrada do fermentador 0 kg Considera-se que não há formação de produto nos inóculos
Substrato de alimentação do fermentador (Conc 100g/L) So5.af 3000 kg É considerado que todo o substrado é consumido
Total de solução que entra no filtro prensa fs 30000 kg Considerando que a solução possui densidade igual a da água
Concentração de ácido cítrico na corrente fs xp1 0,080
Quantidade de ácido cítrico na corrente fs fs.xp1 2400 kg
Concentração de biomassa na corrente fs x1 0,020
Quantidade de biomassa na corrente fs fs.x1 600 kg
Concentração de água na corrente fs xa1 0,9
Quantidade de água na corrente fs fs.xa1 27000 kg
Total de filtrado que deixa o filtro prensa bi 1000 kg
É considerado que a corrente bi deixa o filtro prensa com 40% da 
solução de água e ácido cítrico
Concentração de ácido cítrico que sai com a biomassa do filtro prensa xp 0,032
Perda de ácido cítrico no filtro prensa bi.xp 32 kg
Água que sai com a biomassa do filtro prensa xa 0,368
Total de água que sai com a biomassa do filtro prensa bi.xa 368 kg
Concentração de biomassa que é filtrada x2 0,6
Total de biomassa por batelada que sai do fermentador: bi.x2 600 kg Considera-se que toda a biomassa é filtrada da solução
INÓCULO (REATORES M1, M2, M3, M4)
FERMENTADORES (REATORES F1, F2, F3, F4, F5, F6 e F7)
FILTRO PRENSA (FP)
BALANÇO DE MASSA PARA PRODUÇÃO DE ÁCIDO CÍTRICO - BATELADA
 
 
80 
 
 
 
 
 
 
 
 
Total de solução (sem sólidos sedimentáveis) que ENTRA no módulo de 
carvão ativado fc 29000 kg
Concentração de ácido cítrico na solução que entra na coluna de carvão 
ativado xp3 0,0817
Quantidade de ácido cítrico que entra na coluna de carvão ativado fc.xp3 2368 kg
Concentração de água na solução que entra na coluna de carvão ativado xa3 0,9183
Quantidade de água na solução que entra na coluna de carvão ativado fc.xa3 26632 kg
Total de solução (sem sólidos sedimentáveis) que SAI no módulo de 
Carvão Ativado cr 29000 kg
cr=fc, pois não estamos considerando para o BM a adsorção das 
moléculas que conferem cor ou das proteínas residuais no carvão 
ativado
Total de solução que SAI no módulo da resina trocadora de íons re=cr 29000 kg
re=cr, pois não estamos considerando para o BM a troca dos íons 
metálicos, presentes na solução de entrada,com os íons 
presentes na resina
Total de solução que entra no evaporador re 29000 kg
Concentração de ácido cítrico na corrente de entrada "re" do evaporador xp3 0,0817
Quantidade de ácido cítrico na entrada do evaporador re.xp3 2368 kg
A quantidade de ácido cítrico é a mesma para todas as correntes 
do evaporador
Concentração de água na solução que entra no evaporador xa3 0,9183
Quantidade de água que entra no evaporador re.xa3 26632
Quantidade de solução que entra no segundo efeito do evaporador l1 20912 kg
Concentração de ácido cítrico na corrente de entrada do segundo efeito 
do evaporador 0,1132
Quantidade de solução que entra no terceiro efeito do evaporador l2 12824 kg
Concentração de ácido cítrico na corrente de entrada do terceiro efeito do 
evaporador 0,1847
Concentração de ácido cítrico desejada na corrente de saída "conc" do 
evaporador xp4 0,50
Solução de ácido cítrico concentrada na saída do evaporador l3 4736 kg
BMG: F+Vs=V+L+Lc, sendo Vs=Lc, então F=V+L, ou seja, 
re=con+rec 
BMS: F.xf=V.xv+L.xl, ou seja, re.xf=con.xl
Água evaporada no processo v1+v2+v3 24264 kg
Água evaporada em cada efeito do evaporador v1=v2=v3 8088 Considera-se que v1=v2=v3 = 8088 kg
vap=cond kg Quantidades determinadas após o balanço energético
Concentrado que entra no spray-dryer l3 4736 kg
Concentração de ácido cítrico na entrada do spray-dryer xp4 0,5
Quantidade de ácido cítrico na entrada do spray-dryer l3.xp4 2368,00 kg
Concentração de água na entrada do spray-dryer xa4 0,5
Quantidade de água na entrada do spray-dryer l3.xa4 2368,00 kg
Corrente de ar aquecido que entra no spray-dryer ar 15714 kg
Concentração de ar da entrada do spray-dryer x3 1,0
Quantidade de ar na entrada de ar do spray-dryer ar.x3 15714 kg
Corrente de ar saturado que sai do spray-dryer au 18082,00 kg
Concentração de ácido cítrico que sai com o ar do spray-dryer xp5 0,000655
Quantidade de ácido cítrico que sai com o ar do spray-dryer au.xp5 11,84 kg
Concentração de água que sai com o ar do spray-dryer xa5 0,130304
Quantidade de água que sai com o ar do spray-dryer au.xa5 2356,16 kg
Concentração de ar que sai do spray-dryer x4 0,869041
Quantidade de ar que sai do spray-dryer au.x4 15714 kg
Corrente de saída de ácido cítrico pronto acit 2368,00 kg
Concentração de ácido cítrico na corrente de saída de produto xp6 0,995
Quantidade de ácido cítrico na corrente de saída de produto acit.xp6 2356,16 kg
Considera-se que o ciclone consegue recuperar até 99,5% do 
ácido no concentrado
Concentração de solvente na corrida de saída de produto xa6 0,005
Quantidade de solvente na corrente de saída de produto acit.xa6 11,84 kg
SPRAY-DRYER
CARVÃO ATIVADO (CA)
RESINA TROCADORA DE ÍONS (RTI)
EVAPORADOR
 
 
81 
ANEXO 1- PLANTA DO SPRAY DRYER E ESPECIFICAÇÕES