Projeto de engenharia do processo de extração supercrítica de cafeína da erva mate

Abstract

A extração supercrítica emergiu nas últimas décadas como uma tecnologia verde promissora e uma alternativa para o processamento de alimentos e produtos naturais. O processo de extração supercrítica, utilizando CO2 como solvente, vem sendo extensivamente estudado, mas poucos ainda são os trabalhos que visam o escalonamento do processo. Logo, este trabalho propõe estudar o processo industrial de extração supercrítica de cafeína a partir da erva-mate, que tem como meta produzir erva-mate descafeínada, produto inovador no mercado, e cafeína, um subproduto tão ou mais valorizado que o produto principal. A base de cálculo são os experimentos realizados em escala piloto e a utilização de método de aumento de escala que propõe a manutenção de proporção de massa de solvente e massa de matéria-prima. Sendo assim, foram geradas folhas de dados de processo para os principais equipamentos: vaso extrator, trocadores de calor e bomba de alta pressão. A capacidade diária máxima de extração de cafeína foi prevista em duas toneladas e a vazão mássica de solvente de 22 toneladas/hora foi obtida a partir do equacionamento de tempo de residência do solvente, mantendo constante a porosidade do leito de 0,79 obtida em escala piloto. Além disto, foi proposto um fluxograma para uma planta em escala industrial de extração supercrítica da cafeína a partir da erva mate.

The supercritical extraction emerged at the last decades as a green technology and as an alternative process to produce natural products and food. The process of supercritical extraction, using CO2 as a solvent, has been extensively studied, but there are fewer works about scale-up. Therefore, this work proposes to study the industrial supercritical fluid extraction of caffeine from yerba mate to produce decaffeinated yerba mate, an innovative product in the market, and caffeine, a product that has equal or even more value in the market than the main product. Design basis of this work are the experimental results of supercritical extraction in pilot scale and the appliance of a scale-up method based on the maintenance of the solvent mass flow and the raw-material mass flow proportion. Thus, process data sheet of main equipment were generated: extraction vessel, heat exchanger and high pressure pump. The maximum daily caffeine extraction capacity was estimated at two tons and the solvent mass flow rate of 22 t/h was obtained from the equation residence time of the solvent, maintaining constant the porosity of the 0.79 bed obtained in scale pilot. In addition, a process flow diagram was proposed for an industrial scale plant supercritical extraction of caffeine from yerba mate.