aspectos tecnolÓgicos do refino de aÇÚcar
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ASPECTOS TECNOLÓGICOS DO REFINO DE AÇÚCAR. Funções da Refinaria de Açúcar. Remover impurezas contidas nos cristais de açúcar e compostos que geram sabor residual (gosto de melaço) Produzir açúcar com nível de sacarose mais alto (açúcar granulado) Produzir açúcar de granulometria variada - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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ASPECTOS
TECNOLÓGICOS DO
REFINO DE AÇÚCAR
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Funções da Refinaria de Açúcar
•Remover impurezas contidas nos cristais de açúcar e compostos que geram sabor residual (gosto de melaço)
• Produzir açúcar com nível de sacarose mais alto (açúcar granulado)
• Produzir açúcar de granulometria variada
• Prover o cliente com um produto que atenda suas necessidades
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Filtro de seguraçaFiltro de seguraça
DissoluçãoDissolução
PeneiramentoPeneiramento
AquecimentoAquecimento
ClarificaçãoClarificação
FiltraçãoFiltração
DescoloraçãoDescoloração
Filtro de seguraçaFiltro de seguraça
Tanque de caldaTanque de calda
XaropeXaropesimplessimples
XaropeXaropeinvertidoinvertido GlaçúcarGlaçúcar GranuladoGranulado
Redução de corantes
Temperatura =75o C
Temperatura =85o C
Redução de corantes
Retenção de partículas maiores
Retenção de partículas maiores
Tanque de caldaTanque de caldado granuladodo granulado
AmorfoAmorfo
Açúcar cristalÁgua
Produtos
Fluxograma de Processo
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Dissolução de Açúcar Cristal
Xarope DissolvidoXarope Dissolvido
FiltraçãoFiltraçãoTrocadoresTrocadores
RefratômetroRefratômetro
Água DoceÁgua Doce
Açúcar CristalAçúcar Cristal
BrixBrix
Água PotávelÁgua Potável
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Estação de Dissolução
•Temperatura e Brix em torno de: 70o C – 67%
•Compromisso entre o consumo de energia com o desempenho das operações subsequentes
•Consumo de vapor: 100 Kg / T
•Consumo de água: 500 L / T
•Açúcar cristal chega certificado pelas usinas
•Controle laboratorial: Brix, cor, açúcar invertido e pH
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Clarificação
•Fosfato de cálcio em soluções aquosas forma cristais. Em soluções com a presença de sacarose formam um gel
•Este gel de fosfato absorve o material insolúvel presente no xarope
•Em soluções de Brix elevado este gel é separado com a ajuda de aeração e produtos químicos
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Passos do Processo de Clarificação
1. Dosagem do reagente descolorante Talofloc (agente catiônico)
2. Dosagem de ácido fosfórico
3. Dosagem de sacarato de cálcio (mistura de cal, xarope e água, preparado na fábrica)
4. Aeração usando injetores (bolhas de ar de tamanho de 30 a 120 micra)
5. Dosagem do reagente de coagulação Taloflote (agente de aniônico)
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Reação de Clarificação
++
++++
++
Ca2+
Ca2+
COO- Ca2+
Ca2+
COO-
Corante SolúvelCorante Solúvelem águaem água Íon CatiônicoÍon Catiônico
ligado a grupoligado a gruponão iôniconão iônico
Talofloc ligadoTalofloc ligadoaos corantesaos corantes
produto insolúvelproduto insolúvel
Partículas Impuras(floco primário)
Cadeia de Poliacrilamida
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Condições Operacionais do Processo de Talo Clarificação
• Temperatura 80oC
•Dosagem do Talofloc 150 ppm
•Dosagem do Taloflote 10 ppm
•Dosagem de H2PO4 150 ppm
•Remoção da cor 50%
•Remoção da turbidez 95%
•Resíduo de Talo – reagentes rastros (ppb)
•Controle laboratorial do pH, açúcar invertido, cor e turbidez
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Filtração
• Remoção da borra que permanece no processo de clarificação
• O desempenho deste processo afetará a eficiência dos passos operacionais subsequentes. (incluindo as resinas de troca iônica)
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Princípio de Funcionamento Filtro de Areia
Fluxo de processo:Entrada de calda
Camada de antracito – proteção da areia
Camada de areia – filtração
Leitos de suporte
Saída de calda filtrada
Contra-lavagem:Entrada de caldafiltrada
Saída de caldasuja
Área de expansão
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Condições Operacionais do Processo de Filtração
•Temperatura: 70o C
•Vazão do processo: 10 m3 / m2
•Vazão da contra lavagem: 15 m3 / m2
•Eficiência: 60% de remoção da turbidez
•5% do xarope filtrado é usado no contra-fluxo de lavagem
•Controle laboratorial de turbidez e pH
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Tipos de Corantes de Açúcar• Iônico / Aromático
• Pode ser removido através de adsorventes com função de troca de íons e/ou superfície aromática
• Não-Iônico / Aromático
• Efetivamente removido por absorventes de carbono com natureza aromática e através de resinas
R2
HOOC R1
R3
CH CH
HO
R2
OH O
R1
OH
OH
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Tipos de Corantes de Açúcar
• Iônico / Não-aromático
•Removido pelo processo de troca iônica e por precipitação
•Não-Iônico / Não-aromático
•Constitui uma percentagem pequena de corantes de açúcar e são muito difíceis de serem removidos
HO C
O
C C CH R2
HC R1
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Resinas de Troca Iônica Usadas na Descoloração do Açúcar
H2O CH
C
CH2
nN(CH3)3 +CI-
•Estirênicas
Adsorção e troca de íons
H2C CH
C O
N CH2 CH2 CH2 N(CH3)3 +CI-
H2
n
•Acrílicas
Troca de Íons
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Fluxo de Processo Tradicional Usando Resinas de Troca Iônica para Descoloração da Calda
Resina acrílica
leitos de suporte
Resina estirênica
leitos de suporte
Processo: calda escura
Contra lavagem: salmoura para descarte
calda para processo ou 2a descoloração
Salmoura usada: descarte ou reutilização
Contra lavagem: salmoura nova
Processo: calda descolorada
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Condições Operacionais do Processo de Descoloração com Resinas
•Vazão: 2 BV/h
•Tempo de ciclo: 50 horas
•Vida operacional das resinas: 350 – 400 ciclos
•Taxa de substituição da resina: 0,03 L / ton
•Taxa de descoloração: 50%
•Taxa de regeneração da resina: 11 L / ton
•Consumo de sal: 5 Kg / ton
•Consumo de soda: 0,54 Kg / ton
•Consumo de água: 400 L / ton
•Análise laboratorial do Brix, cor, açúcar invertido, pH, cloretos e cálcio
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Fluxograma de Produção do Açúcar Granulado
Calda 65Calda 65ooBrix / 70Brix / 70ooC / 70-100 I.U.C / 70-100 I.U.
Pré-concentraçãoPré-concentração
Calda 80Calda 80ooBrix / 90Brix / 90ooCC
Calda 65Calda 65ooBrix / 70Brix / 70ooC / 20-25 I.U.C / 20-25 I.U.
Produtos especiaisProdutos especiais
MisturaMistura
Vácuo # 7Vácuo # 7
sementeirasementeira
32 m32 m33
Vácuo # 1Vácuo # 1
32 m32 m33
Vácuo # 2Vácuo # 2
32 m32 m33
Vácuo # 3Vácuo # 3
32 m32 m33
Vácuo # 4Vácuo # 4
32 m32 m33
Vácuo # 5Vácuo # 5
32 m32 m33
Semente: a.m. 0,2 – 0,3 mmSemente: a.m. 0,2 – 0,3 mmsuficiente para 3,4 ou 5 suficiente para 3,4 ou 5
cozimentoscozimentos
CristalizadorCristalizador
intermediáriointermediário
pé depé decristalcristal
3 centrifugas3 centrifugas
açúcar
secador &secador &resfriadorresfriador
3 centrifugas3 centrifugas
açúcar
secador &secador &resfriadorresfriador
3 centrifugas3 centrifugas
açúcar
secador &secador &resfriadorresfriador
3 centrifugas3 centrifugas
açúcar
secador &secador &resfriadorresfriador
3 centrifugas3 centrifugas
açúcar
secador &secador &resfriadorresfriador
Cor = +/- 300 I.U.
mel mel mel
mel finalmel final
1 centrífuga1 centrífuga
pureza < 78%pureza < 78%
açúcar para dissoluçãoaçúcar para dissolução
Vácuo # 6Vácuo # 632 m332 m3
Exaustão deExaustão demelaçosmelaços
cor > 4.000 I.U.cor > 4.000 I.U.
Pureza = +/- 95%
SESE
SESE cor > 4.000 I.U.cor > 4.000 I.U.
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Cristal de Açúcar Durante a Secagem
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Cristal de Açúcar após a Secagem
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Maturação do Açúcar
Passagem de ar frio e desumidificado através do açúcar em movimento.
O objetivo da maturação não é apenas uma secagem adicional, mas sim fazer com que a umidade se distribua homogeneamente
dentro dos cristais de açúcar.
A maturação preferencialmente deve ocorrer em um ambiente isotérmico.
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Cristal de Açúcar Durante a Maturação
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Processos Físicos que Ocorrem Durante a Maturação
•Migração da umidade presa para a superfície acima da lâmina de amorfo, criando um filme de calda supersaturada;•Evaporação da água desse filme, aumentando a sua concentração. Esse processo é governado pela pressão de equilíbrio de vapor da solução; •Difusão & convecção da umidade através do ar intersticial;•Cristalização da sacarose presente no filme supersaturado.
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Cristal de Açúcar Após a Maturação
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Cristal de Açúcar após a Maturação
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Cristal de Açúcar Empedrado(sem maturação)
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Exemplo de silo de Maturação
Características:
Capacidade 5.000 tonAltura total40 mAltura cilíndrica 30mFundo horizontalUtilização de rosca interna
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Fluxo de Ar no Silo de Maturação
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Vantagem do Açúcar Maturado sobre o Não
Maturado
Menor tendência de empedramento, mesmo
quando o açúcar é submetido a variações nas
condições de temperatura e umidade relativa
do ambiente.
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Controle laboratorial de
umidade, granulometria,
pontos pretos, açúcar
invertido, polarização,
cinzas, sulfito e resíduo
insolúvel
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Produção de açúcar amorfo
•A partir da calda descolorada com resinas, concentração em múltiplos estágios até 93ºBrix, 132ºC
•Evaporação da água residual em batedeiras, trabalhando a 60 RPM
•Secagem a 70ºC
•Resfriamento até 45ºC
•Peneiramento
•Empacotamento
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Vantagens da Utilização de Açúcar Líquido
•Eliminação da área de estocagem e movimentação de açúcar cristal e sacaria
•Eliminação de instalação para dissolução, descoloração e filtração do açúcar cristal
•Eliminação da necessidade de tratamento para redução da contagem de microorganismos
•Redução de custos relacionados à mão de obra, energia e insumos
•Redução de efluentes líquidos e sólidos
•Substituição por produto com característica de maior pureza, maior filtrabilidade e uso direto no processo
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Características das Plantas de Açúcar Líquido
• Fabricar o produto de acordo com as especificações do cliente – “taylor made”
• Uso de diferentes tipos de matéria-prima (xarope-F, xarope-A, açúcar cristal dissolvido ou açúcar granulado dissolvido)
• Controle laboratorial de Brix, pH, acidez, açúcar invertido, cinzas, cloretos, cálcio, sulfitos, resíduo insolúvel, dextrana, turbidez, microbiologia e residual de diferentes substâncias químicas que eventualmente tenham sido dosadas
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Saturação e Viscosidade das Soluções de Sacarose
64,465,466,768,370,172,174,376,578,780,882,7
Saturação(g / 100 g sol.)
677346214151116999086838180
Viscosidade(mPa x seg)
0102030405060708090
100
Temperatura(oC)
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Características do Processo de Inversão
•Em termos químicos, inversão significa a mudança de atividade ótica dextrorotatória para levorotatória, ou vice-versa
•O termo é usado para descrever a hidrólise da sacarose, visto que a mesma é fortemente dextrógira, enquanto que a mistura de glicose e frutose é levemente levógira
•A hidrólise pode ser ácida ou enzimática
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Viscosidade do Açúcar Líquido Invertido (70% invert. / 72,7o Brix)
aprox.
aprox.
aprox.
aprox.
1.100
430
210
100
Viscosidade(mPa x seg)
10
20
30
40
Temperatura(oC)
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•Menor quantidade de água é transportada em cada carregamento
•Doçura ligeiramente maior (5%)
•Maior viscosidade
•Sabor e aroma característicos
•Maior susceptibilidade ao calor
Características que Diferenciam o Açúcar Líquido Invertido do Xarope Simples
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Especificação de Açúcar Líquido - Sinopse
Cinzas CondutimétricasCor ICUMSA, 420mmpH (solução a 50oBrix)Brix a 20oCAçúcares RedutoresPolarizaçãoSólidos totaisImersão (sobre Sól. Tot.)Mesófilas AnaeróbiacsTermófilas totais
Termófilas Flat Sour
Termófilas Anaeróbicasprodut. H2STremófilas Anaeróbicasnão produt. H2SDextranaBolores e LevedurasSalmonellaArsênioCobreChumboPrazo de validade
% máximaUI máximafaixaoBrix% máximaoS mínima%%UFC/g máx.UFC/10g máx (por amos.)UFC/10g máx (med. 5 am.)UFC/10g máx (por amos.)UFC/10g máx (med. 5 am.)UFC/10g máx (por amos.)máx + em 5 amostrasmáx + em 6 tubosmáx + em 5 amostrasmg/kg máxUFC/g máx25gppm máx.ppm máx.ppm máx.dias máx.
0,260
6,5 – 7,565 – 68
0,499,0
----
-
-
-
-1000
ausência12
0,515
Padrão
0,260
6,5 – 7,565 – 68
0,499,0
--
10015012575505243-
15ausência
12
0,51
Tipo A
0,260
6,5 – 7,565 – 68
0,499,0
----
-
-
--
2001000
ausência12
0,515
Tipo B
0,3100
4,5 – 5,5---
72,0 – 77,060,0 – 70,0
--
-
-
---
1000ausência
12
0,560 dd
Padrão
Xarope Simples Invertido