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
• Prover o cliente com um produto que atenda suas necessidades
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
Dissolução de Açúcar Cristal
Xarope DissolvidoXarope Dissolvido
FiltraçãoFiltraçãoTrocadoresTrocadores
RefratômetroRefratômetro
Água DoceÁgua Doce
Açúcar CristalAçúcar Cristal
BrixBrix
Água PotávelÁgua Potável
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
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
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)
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
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
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)
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
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
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
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
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
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
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
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.
Cristal de Açúcar Durante a Secagem
Cristal de Açúcar após a Secagem
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.
Cristal de Açúcar Durante a Maturação
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.
Cristal de Açúcar Após a Maturação
Cristal de Açúcar após a Maturação
Cristal de Açúcar Empedrado(sem maturação)
Exemplo de silo de Maturação
Características:
Capacidade 5.000 tonAltura total40 mAltura cilíndrica 30mFundo horizontalUtilização de rosca interna
Fluxo de Ar no Silo de Maturação
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.
Controle laboratorial de
umidade, granulometria,
pontos pretos, açúcar
invertido, polarização,
cinzas, sulfito e resíduo
insolúvel
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
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
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
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)
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
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)
•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
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