Exposicion Azucar

PRESENTADO POR: • • •

FRANKLIN MORÁN VALDEZ GRISS GUADALUPE PAUCAR ELEAZAR UNOCC RIVERA

PROCESO DE OBTENCIÓN DE AZUCAR (CENICAÑA, 2012)

PROCESO DE REFINACIÓN DE AZUCAR (CENICAÑA, 2012)

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO DE CLARIFICACIÓN •

El jugo diluido, extraído de los molinos, es calentado en los calentadores hasta una temperatura de 55°C.

•

El jugo diluido se pesa para cuantificar cuánto volumen de jugo se extrajo de una cantidad dada de caña y se encala (adiciona cal) para aumentar su pH.

•

Después, el jugo encalado pasa por otro calentamiento donde se aumenta su temperatura hasta 105°C para que pueda ser clarificado.

•

En la Estación de Clarificación de Jugo, se remueven las impurezas del jugo mediante fenómenos químicos (reacciones) y físicos (decantación), posibles gracias al encalado, el calentamiento y la adición de una sustancia química llamada floculante.

•

El jugo clarificado es transportado hacia la Estación de Evaporación donde se remueve el agua del jugo hasta obtener un fluido del orden de 65% de concentración de sólidos, conocido como meladura. (OCAMPO, NOVIEMBRE, 2012)

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS SUSTANCIAS PRESENTES EN EL JUGO DILUIDO Cabe mencionar que todas las sustancias presentes en el jugo diferentes a la sacarosa se denominan en conjunto como no-azúcares y todas son consideras impurezas durante el proceso de elaboración del azúcar.

1. CARBOHIDRATOS

• La sacarosa es la que se encuentra en mayor proporción, seguida de la fructosa y glucosa, aunque también pueden estar presentes oligosacáridos y polisacáridos según sea la edad de la caña y la descomposición originada por el apilamiento de la misma en los patios antes de la molienda

2. PROTEINAS

• Aunque se desconoce la composición completa de proteínas en el jugo diluido, se sabe que la albúmina ocupa el mayor porcentaje. • Debido a que las proteínas son anfolitos (con características ácidas y básicas), su comportamiento químico depende del pH del medio en que se encuentren.

3. LIPIDOS

• En el jugo diluido existen apreciables cantidades de lípidos conformados por las ceras, resinas y grasas en forma de partículas grandes o coloidales. Como tienen densidades bajas tienden a permanecer en la parte superior de los materiales en forma de nata.

4. GOMAS

• Están compuestas fundamentalmente por pentosanas, polisacáridos que al hidrolizarse producen azucares del grupo de la pentosa. Las pentosanas son sustancias coloidales hidrófilas que incrementan notoriamente la viscosidad de la meladura, debido a que no se eliminan completamente con el proceso de clarificación de jugo. En el jugo diluido, se encuentran pentosas como la arabana y la xilosa.

5. PECTINAS

• Las pectinas son ópticamente activas y su contenido en el jugo no excede el 0.1%. Como se encuentran en los materiales de la pared celular, su cantidad depende del trabajo de extracción realizado en los molinos. Cabe resaltar que las pectinas también incrementan la solubilidad de la sacarosa, por cada parte de pectina se retienen en solución entre 100 y 500 partes de sacarosa. Son sustancias coloidales hidrofílicas que producen viscosidades elevadas en las soluciones (0.1% de solución de pectina tiene viscosidad igual a la de la de una solución de azúcar al 10%).

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS SUSTANCIAS PRESENTES EN EL JUGO DILUIDO 6. SALES ORGANICAS

• Se presentan como iones y sales solubles o insolubles, constituyentes de macromoléculas orgánicas • En algunos trabajos realizados se encontraron aumentos relevantes en la calidad del jugo claro tras la fertilización de suelos con fósforo, pues se considera por varios autores, que la cantidad de fosfatos en el jugo es importante durante el proceso de clarificación debido a que promueve una buena floculación después del encalamiento, sobre todo si se encuentran en concentraciones entre 300 y 600 ppm.

7. ACIDOS ORGANICOS

• Se dividen en ácidos no nitrogenados y aminoácidos o nitrogenados • Son los responsables del pH natural del jugo y de la capacidad de absorción de soluciones alcalinas como la cal a causa de la concentración del ácido aconítico. La acidez también es producida por los polietilenos que absorben oxigeno durante la clarificación de jugo, disminuyendo el pH del jugo claro.

8. COMPUESTOS COLOREADAS

• En el jugo diluido se encuentran principalmente compuestos polifenólicos, como los flavonoides, los cuales son los pigmentos naturales vegetales más relevantes de la caña de azúcar Los flavonoides tienen gran solubilidad en agua y se extraen de los tallos durante la molienda. Existen cinco clases (antocianinas, catequinas, chalcones, flavonoles, flavonas), de los cuales dos generan mayor impacto son las antocianinas y flavonas • el color también puede ser generado por reacciones durante el procesamiento a causa de interacciones de los compuestos de la caña. Las más comunes son las que ocurren entre fenoles y sustancias nitrogenadas y/o la de los fenoles y el hierro.Otras investigaciones han demostrado que después de la clarificación de jugo, el color tiende a aumentar cuando el contenido de calcio y nitrógeno es mayor

TABLA DE CONTENIDO 1. PROCESOS FISICOS Y QUIMICOS DE LA CLARIFICACION 1.1. OBJETIVOS Y ANALISIS DE LA ETAPA DE LA CLARIFICACION 1.2. EFECTOS DEL CALENTAMIENTO DEL JUGO Y LA ADICION DE CAL 1.3. REACCIONES QUMICAS EN LA CLARIFICACION 1.4. LAS ETAPAS DEL PROCESO DE CLARIFICACION Y SUS VARIANTES 1.5. FLOCULACIÓN DE LAS IMPUREZAS DEL JUGO ENCALADO 2. SUMINISTRO Y MANIPULACION DE LA CAL 2.1. CALIDAD DE LA CAL 2.2. MODO DE USO DE LA CAL 2.3 LECHADA DE LA CAL 2.4 REACCIONES DE LA CAL EN LA CLARIFICACIÓN 2.5 TIPOS DE ENCALALMIENTO 2.6 MÉTODOS DE ADICIÓN DE LA CAL 2.7 CONTROL DEL PH 3. TIPOS DE CLARIFICADORES 3.1. DESCRIPCION DE LOS CLARIFICADORES 4. FLOCULANTES Y SISTEMAS DOSIFICADORES 4.1. TIPOS DE FLOCULANTES 4.2. REACCIONES FISICAS EN LA FLOCULACION 4.3. PREPARACION Y ADICION DE FLOCULANTES 5. SULFITACION 5.1. EQUIPOS DE SULFITACION 5.2. PROCEDIMIENTOS DE SULFITACION 5.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA SULFITACION 6. CONCLUSIONES 7. BIBLIOGRAFIA

1. PROCESOS FÍSICOS Y QUIMICOS DE LA CLARIFICACION Fisicoquímicamente, la clarificación de jugo comprende dos procesos elementales: coagulación y floculación de las impurezas. La coagulación de las impurezas comprende dos procesos en la industria azucarera: calentamiento y encalado. La floculación es alcanzada tras la adición de una sustancia polimérica llamada floculante, cuya función más práctica es envolver los coágulos de impurezas formados para que estos obtengan mayor peso molecular y como consecuencia precipiten al fondo de los clarificadores en un tiempo considerablemente corto que sea benéfico para la fábrica. Estos dos procesos fisicoquímicos son más complejos de lo que parecen. Por tal motivo mencionaran los aspectos más relevantes de cada uno.

1.1. OBJETIVOS Y ANALISIS DE LA ETAPA DE CLARIFICACION De forma general, la clarificación de jugo pretende proporcionar condiciones de temperatura, pH y concentración iónica adecuadas para maximizar la precipitación de las impurezas solubles, insolubles o coloidales, además de producir un jugo claro de alta calidad (valores mínimos turbiedad). Desde un punto de vista práctico, con la clarificación de jugo se pretende principalmente:

• Obtener un pH de jugo claro adecuado para evitar inversión de la sacarosa o descomposición de las sustancias que puedan producir color. • Formar flóculos que atrapen la materia suspendida, para que pueda ser precipitada en un rango satisfactorio. • Lograr precipitaciones y coagulaciones tan completas como sean posibles. • Que la velocidad de asentamiento sea rápida para minimizar tiempos de residencia en los clarificadores o pérdidas de sacarosa por inversión u otros mecanismos y obtener lodos lo más compactos posibles.

1.1.1. IMPORTANCIA DE LA ETAPA DE CLARIFICACIÓN A pesar de que la clarificación de jugo es una operación unitaria, sus resultados afectarán el resto del proceso de producción de azúcar y finalmente su calidad como producto comercial. Por tal motivo, se debe tener especial cuidado en la estación de clarificación, pues por su buen desempeño tienen lugar las siguientes actividades de las etapas posteriores de la fábrica: • • • • • • • •

Calidad de los productos. Rendimiento del azúcar. Velocidad de filtración. Facilita la cristalización de la sacarosa en la refinería. Reduce pérdidas de azúcar en los procesos subsecuentes. Reduce incrustaciones en los evaporadores y tachos. Reduce alto contenido de cenizas. Reduce costos adicionales en insumos químicos para la extracción del azúcar.

1.2. EFECTOS DEL CALENTAMIENTO DEL JUGO Y LA ADICION DE CAL La clarificación con cal y calor, conocida como proceso de coagulación o defecación simple, es el método más antiguo para purificar el jugo y en muchos sentidos el más efectivo. La coagulación es definido como el fenómeno de desestabilización de las partículas coloidales (impurezas), mediante la neutralización de sus cargas eléctricas para permitir un mayor acercamiento entre las mismas. Esto se logra fundamentalmente con la adición de electrolitos químicos denominados coagulantes (como la cal) los cuales mediante diversos mecanismos de adsorción, anulan las fuerzas repulsivas o actúan sobre la capa hidrofílica (liofílica) de los coloides Para la desestabilización de las cargas negativas de los coloides se deben usar coagulantes catiónicos, siendo de mayor importancia las especies que están asociadas al Aluminio (Al), Plata (Pt), Silicio (Si), Magnesio (Mg) y Calcio (Ca).

la coagulación de las impurezas trabaja conjuntamente con dos factores: • Calentamiento del jugo mezclado o diluido (factor físico): El cual sucede en dos etapas. Primero se calienta el jugo diluido hasta cierta temperatura, después se encala en el tanque de encalado y se calienta por segunda vez hasta la temperatura en la que se ejecuta la clarificación del jugo • Encalado o alcalinización del jugo mezclado o diluido (factor químico). Este tratamiento con cal y calor forma un precipitado denso de composición compleja, en parte más ligero y en parte más denso que el jugo, que contiene sales insolubles de calcio, albúmina coagulada y proporciones variables de ceras, grasas y gomas. Con la coagulación de las impurezas se desencadenan una serie de reacciones químicas que son las que fundamentan y hacen posibles las colisiones entre partículas. Estas tienen lugar más que todo tras la adición de la cal, la cual reacciona con las sustancias cargadas negativamente presentes en el jugo para formar compuestos insolubles o macromoléculas de lodos, que finalmente son las que se pretenden extraer para que el jugo quede claro. El fósforo presente en el jugo tiene una gran relevancia durante el proceso de coagulación, pues este, en forma de fosfato, es el que produce la mayor cantidad precipitado al contacto con la cal.

1.2.1. CALENTAMIENO DEL JUGO DILUIDO • Uno de los objetivos más evidentes del calentamiento del jugo es acelerar las reacciones que ocurren durante el proceso de coagulación ocasionadas por el contacto entre la cal y las sustancias del jugo en el proceso de encalado. • La solubilidad del hidróxido de calcio (cal) disminuye con el aumento de temperatura, lo que significa que a temperaturas elevadas se formarán con mayor facilidad los precipitados.

• Por la acción del calor, los sistemas coloidales más sencillos se desestabilizan a causa de la deshidratación en su superficie Después de pasar por la estación de molinos, el jugo diluido tiene una temperatura aproximada de 35ºC. Durante el primer calentamiento, se eleva la temperatura del jugo hasta aproximadamente unos 50ºC. Una vez obtenido este valor, el jugo se somete al proceso de encalado y se calienta por segunda vez hasta alcanzar más o menos los 90ºC, temperatura a la cual se lleva a cabo la adición de floculante y posterior clarificación del jugo

1.2.2. ADICIÓN DE LA CAL La cal se adiciona al jugo diluido para cumplir dos objetivos fundamentales: alcalinizar el jugo y coagular las impurezas del mismo mediante reacciones químicas con las sustancias contenidas en él.

El jugo que se extrae de la caña contiene un pH ácido aproximado al valor de 4. En las industrias azucareras conviene elevar el pH de las soluciones que contienen azúcar debido a que la sacarosa se hidroliza en glucosa y fructosa cuando se encuentra en medios ácidos, produciéndose la denominada “inversión ácida”. La inversión de la sacarosa no representa más que pérdidas económicas del producto. OBS: Se han listado más de 622 sustancias que se usan para purificar el jugo, sin embargo han sido desechadas, dejando a la cal como la sustancia de mayor relevancia para la alcalinización, debido a que es posible obtenerla en cualquier lugar, es económica y se ha estudiado de forma profunda las reacciones que tiene con los constituyentes del jugo.

1.3. REACCIONES QUMICAS EN LA CLARIFICACION Una variedad de reacciones químicas y físicas se producen durante el proceso de clarificación y éstos incluyen ( Doherty et al , 2002 . ) :

• Coagulación / precipitación de los fosfatos • La desnaturalización de las proteínas , gomas, pectinas y ceras • Inversión de la sacarosa debido al efecto de pH y temperatura • La degradación de los azúcares reductores a ácidos orgánicos causados ​por un alto pH y la temperatura • La precipitación de sales orgánicas e inorgánicas • La hidrólisis del almidón por amilasa natural de jugo de caña de azúcar • Formación de especies de color a través de reacciones enzimáticas y no enzimáticas entre colorantes naturales , precursores de color y los azúcares

1.3.1. REACCIONES DEL FOSFATO DE CALCIO El mecanismo físico-químico de la clarificación de jugo depende de la precipitación del fosfato de calcio su importancia se atribuye a que son los fosfatos (presentes en la forma P2O5) los que reaccionan en primera medida con los iones Calcio que se adicionan en el proceso de encalado y es el fosfato de calcio precipitado el que se obtiene en mayor proporción, por lo tanto, constituye casi toda la eliminación de las impurezas. Según varios autores, la cantidad de fosfatos adecuada que debe tener un jugo para que sea clarificado de manera eficiente, es aproximadamente entre 300 y 600 ppm

1.3.2. LA DEGRADACIÓN DE LOS AZÚCARES REDUCTORES Y ÁCIDOS ORGÁNICOS El ajuste del pH del jugo de caña de azúcar a aproximadamente a pH 7.0 mediante la adición de la cal es un paso crítico durante el proceso de clarificación para evitar la inversión de la sacarosa por hidrólisis en condiciones ácidas (pH ≤ 4) y la degradación alcalina (pH ≥ 8). La sacarosa generalmente se hidroliza para formar azúcares reductores, glucosa y fructosa, que están presentes en la forma de D-glucosa y fructosil oxocarbenium de cationes en las condiciones de jugo ácidas y alcalinas extremas. Bajo las condiciones alcalinas extremas con calor aplicado, la degradación de la sacarosa también da lugar a la formación de, gliceraldehídos acetona furfural, ácido láctico, ácido acético, ácido fórmico y dióxido de carbono.

1.3.3. REACCIONES DE LOS COMPUESTOS NITROGENADOS Las proteínas se precipitan casi por completo por la desnaturalización provocada durante el calentamiento y aumento del pH en el encalado. Es importante eliminar la mayor cantidad posible de proteínas durante la clarificación del jugo debido a que estas actúan como protectoras de los coloides, impidiendo la desestabilización de la materia en suspensión. Además, reducen la actividad del ion Calcio, incrementando su concentración en el jugo, incrementan la viscosidad de las meladuras y reducen la velocidad de cristalización de la sacarosa.

1.3.4. REACCIONES DE LAS GOMAS Las gomas están presentan en el jugo como coloides hidrofílicos, es decir que se desestabilizan al deshidratarse con el calentamiento. Si no se eliminan completamente en la clarificación de jugo, tienden a aumentar la viscosidad en las meladuras.

1.3.5. REACCION DE LAS PECTINAS Estas sustancias coloidales hidrofílicas pueden cambiar significativamente las propiedades del jugo, debido a que 0.1% de pectinas incrementa la viscosidad del jugo en más del 10%. Es posible eliminarlas durante el calentamiento

1.3.6. REACCION DE LAS CERAS Y GRASAS Se presentan como sustancias coloidales o de gran tamaño. Durante la clarificación de jugo se descomponen para formar precipitados pero también forman una especie de nata que se ubica en la parte superior del jugo, es decir que no se eliminan completamente con la clarificación, y parte de ellas pasan con el jugo clarificado.

1.4. LAS ETAPAS DEL PROCESO DE CLARIFICACION Y SUS VARIANTES Adición de la cal

• Forma discontinua, como lechada • Forma continua, como sacarato

Regulación de la cantidad de cal

• Pruebas periódicas • Registro continuo del pH • Alimentación automática mediante el control del pH

Momento en que se añade la cal

• Antes de calentar el jugo (aumenta el tiempo de reacción antes de calentar) • Después de calentar • En fracciones • Antes y después de calentar

Temperaturas

• Ebullición • Sobrecalentamiento

Tratamiento de los jugos procedentes de diferentes molinos

• Clarificación simple • Clarificación compuesta • Clarificación separada

Método de decantación

• Decantadores abiertos • Decantadores continuos • Decantadores cerrados.

Tratamiento de espumas

•Filtración simple •Filtración doble •Retorno a los molinos •Redefecación por separado •Clarificación compuesta

La combinación de todas estas variantes hace posible una gran variedad de procedimientos.

1.5. FLOCULACIÓN DE LAS IMPUREZAS DEL JUGO ENCALADO El proceso de floculación consiste en la agrupación de las partículas coaguladas y desestabilizadas iónicamente para formar masas de mayor tamaño (flóculos) y peso molecular, las cuales por medio de la fuerza de gravedad sedimentan al fondo del clarificador produciendo un jugo claro. Lo anterior se consigue con el uso de una sustancia química denominada floculante que posee cargas iónicas a lo largo de su estructura. El principio de este proceso es el fenómeno de adsorción en el cual se extrae materia de una fase para concentrarla sobre la superficie de otra fase (generalmente solida), dicho de otra forma, el adsorbato (sustancia que se concentra en otra fase) o impureza se mueve desde la fase líquida para acumularse en la fase sólida por la acción del adsorbente (sustancia que se encarga de hacer el trabajo de adsorción).

El tipo de adsorción que tiene lugar en la floculación es eléctrico (adsorción por intercambio), en el cual la carga positiva de las impurezas coaguladas se concentran en la superficie del floculante a causa de la atracción electrostática en sus lugares cargados. Aunque el proceso de floculación es sencillo, su eficiencia depende de una serie de condiciones que conviene hacer cumplir:

• Una coagulación previa tan perfecta como sea posible. • Agitar de forma homogénea y lenta el jugo y el floculante para proporcionar mayor superficie de contacto.

• Emplear de forma adecuada el floculante. Es decir, que el floculante que se prepare sea de excelente calidad. Esta es una de las condiciones más relevantes necesarias para lograr una adecuada clarificación de jugo.

2. SUMINISTRO Y MANIPULACIÓN DE LA CAL Si bien es cierto, toma relevancia el incremento de pureza, prevención de la inversión, eliminación de coloides, separación de no-azucares y producción de un jugo límpido, sin embargo, debe darse una básica importancia a la necesidad de incrementar el pH del jugo hasta un punto cercano a la neutralidad en el que, en las subsecuentes operaciones, la inversión de la sacarosa se vuelva insignificante. Afortunadamente este incremento de pH puede conseguirse de la manera más barata por medio de la cal, que es un reactivo que al mismo tiempo ayuda a la clarificación del jugo. Dejando de lado los fenómenos químicos que provienen de reacción de la cal sobre el jugo; los ácidos orgánicos del jugo se eliminan porque sus sales de calcio son insolubles (ácido oxálico, tartárico, etc.), y las materias albuminoideas se coagulan. Una parte de los materiales pécticos y de los materiales colorantes se destruyen o insolubilizan.

2.1. CALIDAD DE LA CAL La calidad de la cal empleada es importante. Debe evitarse, sobre todo, cales que contengan más del 2% de MgO o de óxido de fierro o de aluminio, ya que estas impurezas dificultan la clarificación. Por otro lado las impurezas que contenga la cal a usar pueden tener un efecto considerable sobre el tamaño y tipo de flóculo que se va a formar, la velocidad de asentamiento, la claridad del jugo decantado y el grado de incrustación de las superficies calefactoras.

2.2. MODO DE USO DE LA CAL La cal se añade al jugo de caña en forma de hidrato o hidróxido de calcio. La fábrica puede comprar la cal hidratada como tal, o bien puede producirla “apagando” el oxido de calcio o “cal viva”. a) Uso del hidróxido: La cal hidratada, cuando se compra como tal, puede añadirse al jugo ya sea en forma de polvo seco o bien suspendida en agua, como lechada de cal. La adición de polvo seco a un jugo no es tecnológicamente aconsejable, ya que se dificulta obtener una dispersión adecuada. Puede decirse que el método más usual de añadir cal al jugo crudo es aquel en forma de lechada o suspensión de densidad definida, y que la cantidad de calcio añadida se mide o se controla de acuerdo con la medida o control del volumen liquido. b) Uso del óxido: la compra por la fabrica de cal viva u óxido de calcio, es el metodo mas barato para obtener cal, siendo necesaria la instalación de una planta para pagar cal, convirtiéndola en una suspensión del hidróxido.

2.3. LECHADA DE LA CAL La solubilidad de la cal en el jugo aumenta con el % de azúcar y disminuye con la temperatura. A 80º en un jugo que contenga de 10 al 12% de azúcar, se disuelve del 0.25 al 0.30 % de CaO. Siendo esta disolución relativamente lenta y difícil no es indicado emplear la cal en estado pulverulento pues algunas fracciones de jugo se sobreencalan, mientras que otras se encalan insuficientemente. Debe fabricarse inicialmente una lechada de cal deslavando la cal (en polvo) o la cal viva en trozos , en el agua. Esta lechada de cal se mezclará en seguida al jugo; de esta manera su difusión será mas rápida y su acción mas regular.

La lechada de la cal se fabrica en dos pequeños tanques uno de los cuales se vacia mientras que se llena el otro. Proveen de un agitador que gira de 8 a 10 rpm, de acuerdo con su diámetro. La capacidad debe corresponder de 1h 30 min o 2h de marcha de la fábrica.

*DENSIDAD: Se presenta la relación entre grados Baumé (medida de concentración) y de las cantidades de cal contenidas en la lechada.

O

Baumé

Densidad

Gramos de CaO por litro

CaO% peso

Kg agua empleados por Kg de CaO

10

1.075

94

8.74

10.4

15

1.116

148

13.26

6.5

20

1.162

206

17.72

4.6

La lechada de la cal se fabrica casi siempre a 15 O Baumé. Nunca s epasa de 20 O que corresponden al máximo más allá del cual las bombas y las tuberías se taponan frecuentemente.

2.4. REACCIONES DE LA CAL EN LA CLARIFICACIÓN La masa espesa de cal y agua consiste principalmente, de una mezcla de suspensiones gruesas y de solución coloidal de hidróxido de calcio Ca(OH)2. . PRINCIPIO: El hidróxido de calcio es un base relativamente fuerte. Como es un hidróxido de metal bivalente, la ionización tiene lugar en dos pasos: La actividad química del compuesto depende, principalmente, de la concentración efectiva, o actividad, de los iones Ca++ y OH- . Debido a que es pequeña la ionización secundaria del hidróxido de calcio es baja concentración de iones Ca++ . Se ha informado que una solución de sacarosa con 0.3 a 0.5% de CaO tiene menos del 10% de calcio en forma de iones Ca++ . Y esto se explica porque tanto los constituyentes orgánicos como los inorgánicos del jugo de caña tienen un efecto muy marcado sobre la actividad. El calcio forma con muchos ácidos orgánicos, sales que se disocian débilmente. Entre ellos acido glicólico y málico. Tiene tendencia a asociarse con aminoácidos tales como el aspártico para formar estructuras de quelatos e iones complejos.

Ca(OH)2 CaOH+

CaOH+ + OHCa++ + OH-

Por lo tanto un jugo dado tiene una fuerza de secuestro para el calcio, lo que da como resultado una disminución del ion Ca++ .

2.5. TIPOS DE ENCALAMIENTO a) ENCALAMIENTO EN FRIO: se añade lechada de cal (2.5-7.5%) llevando a un Ph 7.28.6, entonces se calienta a 100 – 102º dejándolo asentar. Este proceso es suficiente para el tratamiento de los jugos de cañas nobles y para la fabricación de azúcar crudo.

a) ENCALAMIENTO EN CALIENTE: el jugo se calienta a 100 – 102 o C. Se añade entonces lechada de cal hasta un pH de 7.6 – 8.0 , dejándose asentar.

a) ENCALAMIENTO FRACCIONADO: Se alcaliza el jugo crudo hasta un pH de 6-6.4, se hace calentar a 100-102 0 C ye entonces de alcaliza de nuevo hasta un pH de 7.6 – 7.8 y se deja asentar.

a) ENCALAMIENTO FRACCIONADO Y DOBLE CALENTAMIENTO: Tal como en la alcalización fraccionada, el jugo crudo se alcaliza hasta un pH de 6-6.4, pero e cambio se hace calentar a una temperatura de solo 93 0 . Se alcaliza de nuevo hasta un pH de 7.6-7.8 y se calienta a 100 – 102 0 antes de dejarse asentar.

COMENTARIO: este procedimiento tiene sobre el encalado en frio las ventajas: • Se obtienen menos espumas • El jugo claro es mucho mas brillante • La cachaza filtra mejor y produce tortas secas y porosas • Los colides nitrogenados se eliminan en una gran proporción: alrededor del 80% en lugar del 50%. • Las ceras se eliminan en una mayor proporción: 90% en lugar de 70%

2.6. MÉTODOS DE ADICIÓN DE LA CAL AL JUGO 1.MÉTODOS MANUALES Un método de adición se traduce como un método intermitente o discontinuo. Consiste en la medición del volumen requerido de cal de la deseada densidad, y de la adición de esta al tanque del jugo. La objeción principal es que no se puede evitar la creación de zonas de lata alcalinidad. Estos métodos han pasado rápidamente al desuso debido a que el avance de la industria ha sido acelerado. 2.MÉTODOS ELECTROMÉTRICOS Un verdadero dispositivo automático debe combinar: • La adición automática de una cantidad constante de hidróxido de calcio aprovechable por unidad de jugo • Adaptabilidad de cambio si se cambia la calidad del jugo • Cambio inmediato de la cantidad de la cal añadida cuando cambie la calidad del jugo.

Entre los diseños mecánicos o electrométricos , son estos últimos los más ventajosos. Para el control electrométrico de la adición de cal al jugo son necesarios un potenciómetro y un adecuado par de electrodos. A su vez este equipo debe de acoplarse a un dispositivo electromecánico de algún tipo para poder controlar la cantidad de lechada que se añade de acuerdo con la lectura del pH dada por el potenciómetro en relación con el punto deseado de control.

2.7. JUGO ENCALADO La acidez o alcalinidad final del jugo encalado que va a evaporación puede variar :  Cuando se desea obtener azúcar blanca debe buscarse un jugo acido u mantener su pH entre 6.4 y 6.6  Cuando solo se desea azúcar cruda puede dejarse el jugo encalado ligeramente alcalino con un pH entre 7.1 y 7.5. de esta manera se evita el riesgo de perdidas por inversión, lo que puede ocurrir en jugos con pH de 6.5  Por el contrario, el jugo alcalino aumenta considerablemente el tiempo de cocimiento, haciéndose la cristalización mas difícil. Puede asegurarse que el tiempo es 20% mas largo con pH 7.5 que con pH 7.0.

2.8. CONTROL DEL pH El control de la alcalización se controla con objeto de producir un jugo clarificado con el valor deseado de pH. Se debe tener en cuenta que ha de aceptarse un termino medio a causa de los retardos de tiempo y de las reacciones que tienen lugar entre el punto o los puntos en que se añade la lechada de cal, o en los que se calienta el jugo, y la ultima aparición del jugo decantado clarificado El control de la alcalización toma la forma de una determinación continua o intermitente del pH. No se usa la acidez y la alcalinidad titulables debido a que la cantidad de acido o álcali presentes en un jugo es de pequeña importancia si se compara con la concentración de ion hidrógeno. Es este ultimo factor el que determina las características de coagulación y precipitación del jugo bajo la influencia de la cal y el calor. El éxito del procedimiento del control de la cal depende en alto grado del método de muestreo del producto que se va a controlar. La muestra deberá ser representativa, el procedimiento deberá ser conducido en tal forma que se muestre el grado de variación o constancia que se consiga en el proceso de alcalización.

2.9. TIPOS DE CONTROL DEL pH I. SEGÚN EL INSTRUMENTO USADO 1. CONTROL DE PAPELES INDICADORES: tipo “lyphan” que son pequeñas tiras de papel, la sección de cada papel esta impregnada con la solución indicadora correspondiente. Es muy útil y practico pero sus indicaciones varían notablemente de un tanque a otro. Por esta razón sus lecturas no deben considerarse absolutas o precisas. 2. CONTROL DE LABORATORIO CON POTENCIÓMETRO: este tipo de control eléctrico elimina las apreciaciones del observador , sin embargo, son difíciles de mantener en orden y se desajustan fácilmente. 3. CONTROLES AUTOMÁTICOS DE PH: Estos instrumentos imprimen en una carta las indicaciones de un galvanómetro, sus valores son precisos. II. SEGÚN LA FRECUENCIA 1. INTERMITENTE: indica el análisis de una muestra compuesta o de una muestra tomada rápidamente, a intervalos de tiempo fijos, por medio de un método colorimétrico o de un potenciométrico de laboratorio. 2. CONTINUO: indica un registrador o un indicador continuo del pH.

3. CLARIFICADORES Los clarificadores de jugo son tanques donde se ejecuta como tal la clarificación de jugo La disminución del tiempo y capacidad originadas en el llenado y vaciado de los tanques, la disminución de la mano de obra para la vigilancia y la ejecución de las operaciones de llenado, vaciado y separación de los lodos son algunas de las ventajas que trae consigo la nueva tecnología de los equipos de clarificación

CLARIFICADOR DE JUGO DE CAÑA

El jugo mezclado que entra al clarificador se divide en dos grandes flujos:  Jugo clarificado: El cual debe cumplir con ciertos parámetros fisicoquímicos para considerarse de buena calidad. El jugo que sale de cada clarificador se hace pasar por unas mallas con el objeto de remover las partículas que pudieran quedar en suspensión. Posterior a este, los jugos provenientes de todos los clarificadores se mandan hacia un mismo tanque “tanque de jugo clarificado” y el flujo de este es el que entra al proceso de evaporización del jugo.  Lodos: Los lodos depositados en la parte inferior de cada compartimiento del clarificador son extraídos por medio de bombas de diafragma cuya acción consiste en transportarlos hacia la estación de filtración de cachaza de la fábrica. En esta estación se combinan los lodos obtenidos con floculante y cal para producir una masa gruesa que tenga propiedades filtrables. Los lodos se filtran con el objetivo de disminuir las pérdidas de sacarosa. Como los lodos tienen gran porcentaje de azúcar, se filtran después de salir del clarificador para producir dos productos: cachaza (la cual es una masa seca que se envía para compostaje en el campo y que contiene poca cantidad de sacarosa o pol) y jugo filtrado que contiene la sacarosa recuperada y por ello se retorna al proceso justo antes de que el jugo sea encalado.

3.1. TIPOS DE CLARIFICADORES 3.1.1 CLARIFICADOR DE BANDEJAS MÚLTIPLES Son también conocidos como clarificadores Dorr, RapiDorr, ATV, entre otros. Antes del uso de los floculantes para la clarificación de jugo, este tipo de clarificadores eran los más empleados. De hecho, los ingenios prefieren este diseño en vez de unos más modernos por los excelentes resultados que se obtienen del jugo claro.

FUNCIONAMIENTO: • Los compartimientos se comunican entre sí. En cada uno, los lodos que se depositan, se empujan lentamente hacia el centro en donde caen, por un orificio anular y al exterior del tubo central. Esto se lleva a cabo con un eje central que gira muy lentamente (12 revoluciones por minuto) y que lleva láminas raspadoras que barren lentamente el fondo de los compartimientos. • El jugo por decantar pasa del tubo central a los compartimientos por medio de ductos que atraviesan el espacio anular por el que descienden los lodos. • El jugo claro decantado sale de cada compartimiento por varios tubos conectados con la zona más clara de él, es decir, en la parte superior de cada compartimiento. Estos tubos descargan el jugo en una caja. • Los lodos se toman de la parte inferior y por ser tan espesos, se emplean preferiblemente bombas de diafragma, de válvulas y membranas, de carrera muy pequeña y ajustable, que las hace subir a una caja de lodos opuesta a la caja de jugo, de donde pasan a la estación de filtración de cachaza. • Debe aislarse completamente por medio de placas gruesas de calcita aglomerada. • Gracias a esta protección y sobre todo a sus dimensiones que le dan una relación superficie exterior a capacidad, muy pequeña, el jugo claro sale a unos 100°C hacia la estación de evaporación. • El tiempo de residencia del jugo en estos clarificadores es de aproximadamente tres horas .

Vista seccional del Clarificador RapiDorr con múltiples compartimientos

3.1.2 CLARIFICADOR RÁPIDO SIN BANDEJAS Se reconoce actualmente como el más avanzado sistema de clarificación de jugo en las industrias azucareras. A diferencia de los clarificadores con bandejas, el tiempo de residencia de los clarificadores SRI es tan solo de 45 minutos.

FUNCIONAMIENTO: • El jugo proveniente del Tanque Flash entra a una cámara de alimentación y se reparte en las dos direcciones en el canal anular de alimentación. El jugo fluye por medio de vertederos en forma de “V” al pozo de alimentación y se deflecta lateralmente en la interfase de separación del aparato. • El jugo clarificado se extrae por medio de dos canales anulares provistos de vertederos localizados por dentro y por fuera del sistema interno de alimentación. Las ventajas de este sistema son: • • • • • •

Alto manejo de flujo por unidad de volumen. Sistema simple de extracción de lodos. Facilidad para la extracción del jugo claro: no existen válvulas telescópicas. Bajo tiempo de residencia. Mejor suministro de flujo de jugo a los evaporadores (flujo más continuo). Menor caída de pH: el jugo que entra sale con una caída promedio de 0.2-0.3.

Otras ventajas que se han detectado con el uso de los Clarificadores de Alta Velocidad, es la menor generación de Color y la menor de inversión de la sacarosa.

4. FLOCULANTES Y SISTEMAS DOSIFICADORES

FLOCULANTES 

Los floculantes, también llamados ayudantes de coagulación, de floculación o de filtración son sustancias poliméricas de elevado peso molecular (1x107 Kg/Kmol), solubles en agua.

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Se encuentran en presentaciones líquidas o sólidas.

VENTAJAS 

Incremento en la velocidad de sedimentación de los lodos.

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Disminución del volumen de lodos como consecuencia de una producción más compacta.

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Producción de jugo con valores menores de turbiedad (jugo más claro) como resultado del arrastre de las impurezas.

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Disminución de la pol en la torta de cachaza producida en la estación de filtración de cachaza.

CLASIFICACIÓN DE FLOCULANTES 

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Por su Naturaleza (mineral u orgánica). Por su Origen (natural o sintético). Según su carga iónica (no iónico, catiónico, aniónico).

FLOCULANTES SINTÉTICOS ANIÓNICOS SÓLIDOS 

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Poseen una gran afinidad con las superficies sólidas. El uso de este tipo de floculantes comenzó a finales de la década de 1950. Desde entonces, los estudios están encaminados a la resolución de problemas tecnológicos relacionados con la aceleración y aumento de eficacia del polímero en procesos de separación de sistemas sólido-líquido.

CARACTERÍSTICAS DE LOS FLOCULANTES ANIÓNICOS Los componentes principales de este grupo de polímeros son las poliacrilamidas (PAM), producen más del 95% de los floculantes existentes a nivel mundial.  Para la síntesis de los floculantes aniónicos se emplean monómeros de la acrilamida los cuales forman una cadena larga de gran peso molecular al repetir su estructura (polimerización). 

FISICOQUÍMICA DE LA FORMACIÓN DE LOS FLÓCULOS El “grado de hidrólisis” de un floculante cuantifica sus radicales activos (es decir sus especies iónicas) para determinar qué tan eficiente podría

PREPARACIÓN DEL FLOCULANTE 

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los floculantes sólidos deben ser aplicados al proceso de clarificación de jugo en forma de disolución, la cual debe ser preparada bajo unas condiciones controladas para obtener los rendimientos admisibles, esperados por la industria y por el proveedor. Dado que se ha establecido experimentalmente que la calidad del floculante afecta directamente la clarificación de jugo, es necesario que las industrias azucareras tengan especial cuidado con el cumplimiento de sus condiciones de preparación.

Representación de la apariencia solución floculante preparada

de

la

Diagrama de flujo básico para la preparación del floculante.

5.SULFITACIÓN

SULFITACIÓN La sulfitación es una práctica de adicionar dióxido de azufre (SO2) a la corriente del jugo del proceso en fábricas de azúcar. Esto se hace por las siguientes razones :  Control de pH en fábricas de AZUCAR del extracto de la remolacha.  Acción biocida en jugos de remolacha y cana  Decoloración y/o bloqueador de color en jugos de remolacha y cana, con el objetivo de obtener azúcar blanco de determinado color UI. 

CONTROL DEL pH. 

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El SO2 en solución forma ácido sulfuroso H2SO3, el cual junto con el ácido sulfúrico que se forma cuando se quema azufre para producir SO2 con el aire y mezclarse con la humedad del mismo, reduce el pH de los jugos azucarados. En el azúcar de remolacha es de beneficio pH menores a 5.0 en el agua de difusión para reducir la extracción de pectinas ayudando el prensado de la pulpa.(eliminación de humedad). En el azúcar de caña, por el contrario, pH por debajo de 5.0 son favorecedores de inversiones y perdidas de azúcar.

ACCIÓN BIOCIDA. 

El uso de SO2 inhibe el ciclo de vida de las bacterias, reduciendo la cantidad de azúcar que se pierde por este concepto. También favorece la disminución de la viscosidad de las masa cocidas.

BLOQUEDOR DE COLOR El SO2 reacciona con grupos carboxilo reductores de sacarosa (glucosa y fructosa), para inhibir la participación en la formación de color en reacciones de Maillard con componentes aminos.  Con la adición de SO2 al jugo antes de la evaporación, el incremento de color a través de los evaporadores se mantiene en un mínimo, por la protección del gas a las temperaturas de evaporación. 

TORRE DE SULFITACION DIAGRAMA

REACCIONES BASICAS 

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Las reacciones químicas que se dan al realizar este proceso de sulfitación con AZUFRE son las siguientes: S + O2 SO2 SO2+ H2O H2SO3 (ÁCIDO SULFUROSO) El ácido sulfuroso se disocia en bisulfito e hidrógeno. H2SO3 HSO3- + H+ El bisulfito reacciona con los grupos carboxilos que dan color. HSO3- + C=O complejos de azufre +

6. CONCLUSIONES • Todas las sustancias contenidas en el tallo de la caña, diferentes a la sacarosa, son consideradas impurezas. La clarificación de jugo se basa en eliminarlas (bien sean solubles, coloidales, en suspensión o insolubles) y que son susceptibles a coagulación y floculación por medios mecánicos y químicos, que implican el asentamiento y remoción por decantación de las mismas, para producir un jugo claro de buena calidad con la ayuda conjunta de la cal, el calor y la adición de floculante. • Es importante destacar que la clarificación también podría tener lugar sin el uso de floculantes, sin embargo tardaría un tiempo mucho más prolongado y probablemente el jugo que se obtendría no sería de la misma calidad. • Conocer la composición del jugo del jugo diluido proveniente de la etapa de molino, ya que el conocerlas nos otorga información sobre lo que se tiene que precipitar durante la etapa de clarificación, cabe mencionar que todas las sustancias presentes en el jugo diferentes a la sacarosa se denominan en conjunto como no-azúcares y todas son consideras impurezas durante el proceso de elaboración del azúcar.

• La clarificación de jugo pretende proporcionar condiciones de temperatura, pH y concentración iónica adecuadas para maximizar la precipitación de las impurezas solubles, insolubles o coloidales, además de producir un jugo claro de alta calidad. • Fisicoquímicamente, la clarificación de jugo comprende dos procesos elementales: coagulación y floculación de las impurezas. El conocimiento de las reacciones permite poder realizar una mejor clarificación y elegir un mejor floculante.

• El fósforo presente en el jugo tiene una gran relevancia durante el proceso de coagulación, pues este, en forma de fosfato, es el que produce la mayor cantidad precipitado al contacto con la cal. • Con el calentamiento se descomponen una serie de sustancias coloidales, lo que ocasiona que se aglomeren y disminuyan su solubilidad en el jugo. • Si el Ph en el proceso de clarificación es demasiado bajo, entonces no se conseguirá de modo completo la precipitación de fosfatos, sesquióxidos y acido silícico.

• La mayor desventaja de la alcalinidad demasiado alta es la descomposición de los azucares reductores y el incremento del contenido de cal.

• Debe evitarse pH>8.5 a altas temperaturas porque esto causa una destrucción de azucares reductores, junto con una formación de descomposición de ácidos y de sales solubles de cal. • El jugo deberá neutralizarse con la cal hasta un pH >7 para evitar perdidas, por inversión de sacarosa, durante la clarificación del jugo. • Los mejores resultados se obtienen, especialmente después de la introducción de calentadores, clarificadores y filtros continuos, lo que permite poder regular la cantidad de jugo que va ser manejado por el equipo por unidad de tiempo, tan constante como sea posible. La regularidad es la llave para los óptimos resultados en la eficiencia de la fabricación del azúcar.

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