fernando_medeiros_15_07_10

7/12/2019 fernando_medeiros_15_07_10

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FABRICAÇÃO DEAÇÚCAR

Engº. Químico: Fernando Medeiros de Albuquerque

[email protected]



Processo de Fabricação deAçúcar



Processo de Fabricação de Açúcar

Introdução Conceitos Básicos Qualidade da Matéria-Prima Bom Sistema de Tratamento de Caldo Bom Sistema de Preparação da Semente Bom Sistema de Cristalização



CONCEITOS BÁSICOS

MÓDULO I



CONCEITOS BÁSICOS

Massa cozida Semente Semente virgem Semente

refundida Méis Brix Pol Pureza

Matéria-prima Caldo primário Caldo residual Bagaço Embebição Caldo misto Caldo clarificado Lodo Torta Xarope



SISTEMA DE CLARIFICAÇÃO DO CALDO

MÓDULO II



Qualidade da matéria-prima

Variedades da cana-de-açúcar Condições ambientais Estado sanitário Tempo de queima – corte e processamento Deteriorações da cana-de-açúcar Matérias estranhas (VEGETAL e MINERAL)



Qualidade da matéria-prima

a. Distorção na avaliação da matéria-prima;

b. Redução da capacidade de moagem;

c. Desgaste de equipamentos;

d. Redução do poder calorífico do bagaço;

e. Redução da produção do açúcar e álcool



Composição do caldo da cana

Sacarose Açúcares redutores Ácidos orgânicos não nitrogenados Não-açúcares nitrogenados (aminoácidos e

proteínas) Não-açúcares orgânicos complexos de alto peso

molecular Celulose Hemiceluloses




Lignina Proteínas Pectina Amido Taninos Lipídios da cana-de-açúcar Cera e graxa Cor e não-açúcares coloridos




1. As substâncias da cana que tem cor em suaforma original- Clorofila, xantofila, caroteno, antocianina

2. As substâncias da cana incolores em suaforma original, porém podem desenvolver cordepois de sua extração- Polifenois aminos-compostos

3.

Os compostos coloridos que se formamdurante o processo por decomposição dealguns produtos e por outras reaçõesquímicas- Caramelos produtos de decomposição da sacarose



Sistema de tratamento de caldo(Produtos de reação entre açúcares redutores e

aminocompostos)

Não-Açúcares inorgânicos Álcalis Adsorção de cátions e ânions Cálcio e Magnésio Ferro Alumínio Cloretos Ácido silício



Sistema de tratamento de caldo(Produtos de reação entre açúcares redutores e

aminocompostos)

Fosfatos Ácido Fosfórico Enxofre Sulfatos Sulfetos Sulfitos



Sistema de tratamento de caldo(Meios para obtenção de um bom tratamento de caldo)

Moer canas sadias Controle automático de pH Alcalinização e Sulfitação adequada Temperatura estável do caldo antes de entrar

no decantador Velocidade uniforme do caldo através do

decantador Correto uso dos auxiliares de clarificação



Separação rápida do lodo É importante evitar a formação de gases no

seio dos decantadores mediante uma

apropriada distribuição do fluxo do caldo euma correta extração dos gases

Sistema de tratamento de caldo(Meios para obtenção de um bom tratamento de caldo)



Estágios básicos da clarificação

Reduzir o potencial elétrico das partículaspara próximo do zero, com objetivo de garantira coagulação máxima

Deixar que as partículas coloidais neutrasformem aglomerados (floculação primária)

Que os aglomerados formados se agrupem

formando flocos grandes (floculaçãosecundária) que sedimentam rapidamente



Objetivos do tratamento de caldo

Máxima eliminação de não-açúcares Máxima eliminação de colóides Caldo com baixa turbidez Mínima formação de cor Máxima taxa de sedimentação Volume mínimo de lodo

Baixo teor de cálcio no caldo clarificado pH adequado para evitar inversão da

sacarose e decomposição dos açúcaresredutores



Etapas do sistema de tratamento de caldo

1. Assepsia das moendas2. Separação do bagacinho A separação das impurezas que estão em

suspensão nos caldos extraídos pelas moendaspor meio de peneiramento, filtração, etc

3. Sulfo-caleação



Etapas do sistema de tratamento decaldo

4. Sulfitação Formação no caldo de um precipitado de

pequenos cristais de CaSO3 (Sulfito de cálcio)

que possuem grande atividade superficialsendo, portanto fortemente absorvente e,além disso, em razão de sua densidade,resultam em poderosos auxiliares de decantação.

Por sua ação fortemente bactericida, a sulfitaçãodestrói os microorganismos nos caldos decana evitando a ação danosa destes.



Por sua ação fortemente bactericida, a sulfitaçãodestrói os microorganismos nos caldos decana evitando a ação danosa destes.

Por ser um redutor enérgico, o SO2 atua sobre

as substâncias corantes do caldo reduzindo acor. O SO2 também reage com os açúcaresredutores inibindo a formação de melaninas ecaramelos que são altamente melacigênicos e

corantes. Finalmente está comprovado quando se usa o

processo de sulfitação produz xarope com menorviscosidade, o que facilita a cristalização dasacarose.




Ação do SO2 (anidrido sulfuroso) sobre o caldoo Ação descoloranteo Redutor de viscosidadeo Anti-sépticoo Neutralizanteo Obtenção do anidro Sulfurosoo

Combustão do enxofre em presença do ar.o Fornos queimadores fixos ou rotativos




5. Caleação Qualidade do CAL Preparo e diluição da CAL Leite de CAL Sacarato Operação de calear




6. Aquecimento do Caldo Acelera as reações químicas Promove a coagulação das proteínas Reduz a viscosidade Provoca a floculação Elimina e impede o desenvolvimento de

bactérias




Tipos de aquecedoreso Verticaiso Horizontaiso À placas

Influências no aquecimentoo Incrustações

o

Gases incondensáveiso Condensados




7. Decantação Balão de Flash Torre de pré-floculação Decantador

o Decantador clássico IMAG. 01

o Decantador rápido (sem bandeja) IMAG. 02

8. Tratamento do Lodo (condições para uma boafiltração) Aquecimento Reação Filtração do lodo

Lavagem




IMAG. 01

Decantador Clássico - TipoMultifeed



IMAG. 02

Decantador sem bandejas - SRI



Tipos de filtros de lodoo Filtro rotativo à vácuo IMAG. 03

o Prensa desaguadora IMAG. 04

o

Acessórios dos filtros




BOMBA DECALDO

FILTRADO

CAIXADE LODO

Lodo dosdecantadores

Bagacilho

CAIXA DECALDO

FILTRADOBOMBA DELODO

BALÃO DEALTO VÁCUO

Caldo filtradopara processo

FILTROROTATIVOÀ VÁCUO

Torta deFiltro

BALÃO DEBAIXO VÁCUO

SEPARADORDE ARRASTE

Ar paraatmosfera

BOMBAÀ VÁCUO

Águaresidual

Água paracondensação eresfriamento

SIFÃO

CONDENSADORBAROMÉTRICO

IMAG. 03



IMAG. 04

PRENSA DESAGUADORA



Sistema de tratamento de caldo(Auxiliares de clarificação)

Ácido fosfórico

Aluminato de sódio

Derivado do tanino

Peróxido de hidrogênio Ozonização

Floculantes



Sistema de tratamento de caldo(Reações durante a clarifição)

Cal (hidróxido de cálcio) Efeito do Fosfato

Qualidade do precipitado

Efeito do pH Sílica

Óxido de Magnésio (MgO)

Ferro e alumínio

Sódio e Cloro Cinzas

Sacarose Açúcares redutores

Compostos nitrogenados

Proteínas Amido

Gomas

Pectinas

Cera e graxas



Sistema de tratamento de caldo(Físico-Química da Clarificação)

Partículas grosseiras da matéria em suspensão

Substância coloidais

A físico-química da clarificação do caldo do ponto de vistaprático são desejáveis os seguintes resultados:

Precipitação e coagulação tão completa como sejapossível

Rápida velocidade de sedimentação Minimo volume de lodos

Lodos densos




Os resultados adversos da clarificação são oriundos dosfatores a seguir:

Uma sedimentação incompleta que pode ser devido: Ao tamanho pequeno das partículas

A ação coloidal protetora A densidade de algumas partículas não maior que a do caldo

Uma sedimentação lenta pode ser devido: A viscosidade do líquido

A grande área superficial das partículas A pequena diferença de densidade entre as partículas e o

líquido




Um grande volume de sedimentação pode ser devido: Uma grande quantidade de material precipitado, particularmente

os fosfatos

A baixa densidade dos sedimentos pode ser devido: Forma e tamanho das partículas Hidratação das partículas



Sistema de tratamento de caldo(Efeitos práticos da clarificação)

Separação dos sedimentos Claridade Pureza Cor Cálcio residual Turbidez Resíduos insolúveis Queda do pH durante a clarificação



EVAPORAÇÃO

MÓDULO III



Evaporação

Operação Conjunto

Incrustações

Incondensáveis Condensáveis

FluxogramaIMAG. 05



Fluxograma da Evaporação

IMAG. 05



Flotação do xarope

Etapas do processo de flotação de xarope

Em razões práticas o xarope bruto oriundo dosevaporadores deve ser processado com brix na faixa

de 60-65% Dosar insumo químico para remover as principais impurezas

formadoras de cor e turbidez

Aquecer o xarope dosado para facilitar a reação doproduto químico dosado e reduzir a viscosida de domeio



COZIMENTO IMAG. 06

MÓDULO IV



Cristal de Açúcar

IMAG. 06



Cozimento(Cristalização)

SolubilidadeDissolução do açúcar em água (100g)Temperatura grama de açúcar

dissolvido20 20040 23560 29080 37090 430




Saturação Supersaturação Coeficiente de supersaturação Métodos de medidas de supersaturação Taxa de cristalização




Procedimentos de cristalização Espera-cristalização Choque-cristalização induzido Semeadura-cristalização

implantada(completo)

C




Pontos fracos do método de espera Dificuldade de controlar o número de grãs

formados Devido à concentração excessivamente alta, é

inevitável a formação de conglomerados. O método é recomendado para cristalizar com

purezas elevadas

C i



Cozimento(Granagem)

Pureza material IMAG. 07 IMAG. 08

Semente IMAG. 09 IMAG. 10

A semente de boa qualidade a ser utilizada

depende dos fatores a seguir:

Utilizar açúcar de boa qualidade Pré seleção granulométrica IMAG. 11 IMAG. 12

Quantidade Finura da semente AM(médio) da grã do cozimento de baixo grau



IMAG. 07

Granagem com alta pureza



IMAG. 08

Granagem com baixa pureza



IMAG. 09

Semente de má qualidade



Semente de boa qualidade

IMAG. 10



Açúcar sem pré-seleção granulométrica

IMAG. 11



Açúcar com pré-seleção granulométrica

IMAG. 12

C i t



Cozimento(Granagem)

Qualidade granulométrica IMAG. 13 IMAG. 14 IMAG.

15

Número de cozimentos à produzir para cada ciclode granagem

Concetração ótima das grãs Área máxima do cristal, por unidade de volume de

massa cozida Porosidade máxima das camadas dos cristais nas

centrífugas Superfície máxima de cristais Concentração máxima de cristais por unidade de

massa cozida final

Tamanho final do cristal



IMAG. 13

Granagem de boa qualidade



IMAG. 14

Granagem de boa qualidade



IMAG. 15

Granagem de excelente qualidade

Co imento



Cozimento(Granagem)

Porosidade máxima da camada de cristal nacentrífuga Fatores que contribuem para maior porosidade

dos cristais:

Grandeza do cristal Uniformidade do tamanho do cristal

Formas dos cristais do açúcar: Uniformes IMAG. 16 IMAG. 17

Irregulares Conglomerados IMAG. 18

Geminados IMAG. 19

Cristais aciculares (alongados) IMAG. 20 IMAG. 21

IMAG. 22

Grã falsa IMAG. 23 IMAG. 24 IMAG. 25



IMAG. 16

Cristais uniformes de

excelente qualidade

Cristais uniformes deboa qualidade



IMAG. 17

Açúcar oriundo de uma cristalização deexcelente qualidade



IMAG. 18Cristais conglomerados



IMAG. 19

Cristais geminados



IMAG. 20

Cristais alongados oriundos de processamento dematéria-prima de má qualidade



IMAG. 21

Cristais alongados oriundo de processamento dematéria-prima de má qualidade



IMAG. 22

Cristais alongados oriundo de processamento dematéria-prima de má qualidade



IMAG. 23

Massa cozida com presença de cristais irregulares



IMAG. 24

Massa cozida com presença de cristais irregulares



IMAG. 25

Massa cozida com alto teor de cristais alongados

Cozimento



Cozimento(Granagem)

Condições que contribuem para formação degrã falsa: Evaporação alta conduzindo à elevada

supersaturaçãoCirculação insuficienteMel com alta turbidezGrã no mel de alimentação Entrada falsa de ar

Cozimento



Cozimento(Tachos de cozimento)

Tacho em batelada Boa circulçãoRelação S/V apropriada

Alturas dos tubos Altura máxima da massa no cozimentoDiâmetro do tubo centralDiâmetro do corpo IMAG. 26 IMAG. 27

Volume do pé-de-cozimento



IMAG. 26

Cozedor com circuladorâ i



IMAG. 27

mecânico

Cozimento



Cozimento(Tachos de cozimento)

Tacho de cozimento contínuo Sem necessidade de circuladores mecânicos Alto grau de circulação

Evita picos de consumo de vaporCapacidade

Cozimento



Cozimento(Acondicionamento do tacho e material)

Vazio estável e apropriado na tacho Suprimento de vapor na calandra na proporção

da água à evaporar Concentração uniforme da massa cozida para

permitir evaporação máxima Boa circulação da massa cozida dentro do tacho

para permitir que grã em constante movimentoalcance um nível máximo de adsorção da solução

sacararina Importância de uma quantidade suficiente de

cristais, ou de núcleos de grãs para que sedeposite maior quantidade de sacarose

Baixa viscosidade da massa cozida

Cozimento



Cozimento(Massas cozidas)

Eficiência de cristalização Rendimento de cristais Qualidade granulométrica IMAG. 28 IMAG. 29

IMAG. 30 IMAG. 31 IMAG. 32

Magma Magma afinado Refundição do magma Elaboração das massa cozida Volume do pé-de-cozimento

Condicionamento do magmaIMAG. 33 IMAG. 34 IMAG. 35

Densidade de alimentação Grau de alimentação Altura final da massa cozida Concentração final da massa cozida Méis



IMAG. 28

Massa cozida de má qualidade



IMAG. 29

Massa cozida de má qualidade



IMAG. 30

Massa cozida de boa qualidade



IMAG. 31

Massa cozida de excelente qualidade



IMAG. 32

Massa cozida de excelente qualidade



IMAG. 33

Magma sem tratamento para eliminação dos finos



IMAG. 34

Magma com tratamento para eliminação dos finos



IMAG. 35

Massa sem tratamento do magma paraeliminação dos finos

Cozimento



Cozimento(Massas cozidas)

Condições para uma ótima obtenção de massas cozidas de qualidade1. As massas devem ser cozidas até concentração máxima, dentro dos limites

práticos de capacidades de trabalho dos cristalizadores e centrífugas2. As purezas das massas cozidas de baixo grau devem ser via de regra, o

suficiente para permitir um conteúdo máximo de cristais3. A concentração do licor mãe deve ter uma densidade que, após tratamento no

cristalizador, o melaço oriundo da massa cozida tenha a temperatura de

saturação aproximada de 55º C4. A área total da superfície de cristais da massa cozida em relação ao volume

do licor mãe deve ser máxima, limitada ás condições de fluidez da massa5. Uniformidade e o tamanho dos cristais com porosidade que permita uma boa

separação entre cristais e melaço na operação de centrifugação6. A viscosidade do mel e a temperatura de saturação seja máxima para permitir

lograr uma boa separação na centrifuga entre os cristais e o licor mãe

7. É importante que a instrumentação utilizada para semeadura do tacho decozimento possa ser usada para as condições após a formação dos cristais

Cozimento



Cozimento(Sistema de massas cozida)

Sistemas de duas massas cozidas Sistemas de três massas cozidas com duplo

magma Vantagens do sistema Produz açúcar de alta qualidade (a massa cozida “A”

é elaborada somente com xarope) Recirculação mínima de méis, as massas elaboradas

com baixa viscosidade, reduzindo os tempos decozimentos e refletindo favoravelmente narecuperação do açúcar

Reduz as operações de cristalização (apenas oscozimentos de massa cozida “C” são cristalizadoscom semente)

Melhor esgotamento (a massa “B” passa a ser umamassa intermediária de esgotamento)

Cozimento



Cozimento(Cristalização complementar por resfriamento)

O tratamento da massa cozida noscristalizadores depende dos seguintes fatores: Rendimentos e tamanho dos cristais Quantidades de impurezas presentes na massa

cozida (açúcares redutores, cinzas) Viscosidade e brix da massa cozida Tipo de cristalizador IMAG. 36

Tipo de centrifuga Estado de esgotamento do mel da massa atingido

no tacho Os cristalizadores são projetados para

complementar a cristalização iniciada nos tachos àvácuo

Disponibilidade de reaquecimento da massa cozida



IMAG. 36



CENTRIFUGAÇÃO

MÓDULO V

Centrifugação



Centrifugação

Estágios do processo da separação do mel Remoção do mel em excesso do requerido para

preencher o espaço entre os cristais

Expulsão adicional do mel deixado vazios entreos cristais Redução do filme de mel ao redor dos cristais

Influência da separação do mel nos cristais Quantidade de lavagem Granulometria do açúcar Condicionamento dos produtos intermediários

Projeto do equipamento



SECAGEM E ARMAZENAMENTO

MÓDULO VI

Secagem e armazenamento



Secagem e armazenamento

Tipos de secadores Horizontais Verticais

EmpedramentoA intensidade do empedramento depende das

seguintes condições precursoras : Fração de água perdida Irregularidade dos tamanhos dos cristais Teor de açúcares redutores Teor de cinzas

Coloração do açúcar



ESGOTAMENTO E QUALIDADE DO

AÇÚCAR

MÓDULO VII

Esgotamento e qualidade do



açúcar

Fatores determinantes de um melhoresgotamento Tratamento do caldo

Tratamento do xarope Qualidade granulométrica Eficiência de cristalização Eficiência de separação

Esgotamento e qualidade do



açúcar

Fatores importantes na qualidade do açúcar POL Tamanho e uniformidade dos cristais

Cor (cristal/açúcar) Refletância Filtrabilidade Cinzas



PERDAS NA FABRICAÇÃO DO AÇÚCAR

MÓDULO VIII

Perdas na fabricação do açúcar



Perdas na fabricação do açúcar

Perdas microbiológicas Perdas térmicas Perdas químicas Perdas físicas Perdas mecânicas

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