curso tratamento do caldo - módulo i

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TRATAMENTO DO CALDO PARA

FABRICAÇÃO DE AÇÚCAR E ÁLCOOL

TRATAMENTO DO CALDO PARA

FABRICAÇÃO DE AÇÚCAR E ÁLCOOL

UNP - 04 / 03 / 2013UNP - 04 / 03 / 2013

FCS Engenharia e ConsultoriaFCS Engenharia e Consultoria

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Curso Básico sobre Tratamento do CaldoCurso Básico sobre Tratamento do CaldoCurso Básico sobre Tratamento do CaldoCurso Básico sobre Tratamento do Caldo

Este curso visa fornecer aos supervisores, encarregados e operadores do processo conhecimentos complementares sobre as operações unitárias envolvidas no tratamento do caldo, todas elas de fundamental importância para obtenção de um caldo clarificado de boa qualidade.O material aqui apresentado reúne, de forma simplificada, as etapas do processo, parâmetros de controle e cuidados operacionais exigidos no tratamento do caldo para fabricação de açúcar e álcool.

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TópicosTópicosTópicosTópicos

1. Qualidade da Matéria Prima e efeitos no Processo

2. Fisico-química da Clarificação3. Tratamentos Químicos4. Aquecimento5. Flasheamento6. DecantaçãoPeneiras de Caldo Clarificado7. Filtração8. Tratamento do Caldo para Destilaria

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QUALIDADE DA CANA

QUALIDADE DA CANA

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FotossínteseConceito: é o processo através do qual as plantas verdes transformam Energia Luminosa – Sol (radiante ou eletromagnética) em Energia Química Potencial (ATP, NADPH).

Equação Fundamental:

CO2 + H2O + luz O2 + Matéria Orgânica

solar + Energia Química

Compostos pobres Compostos ricos em energia em energia

Açúcares

Biossíntese de Sacarose na Cana-de-açúcarBiossíntese de Sacarose na Cana-de-açúcar

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• AÇÚCARES

• SACAROSE

• GLICOSE + FRUTOSE (REDUTORES)

• FIBRA

• MINERAIS

Fatores Internos:

Fatores que determinam a Qualidade da CanaFatores que determinam a Qualidade da Cana

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• LESÃO: porta de entrada para contaminação

•Queima, broca, danos mecânicos (corte e transporte), geada.

• TEMPO DE QUEIMA

•Horas após a queima ou corte

• TERRA NA CANA

• MATURADORES

• TEMPERATURA AMBIENTE E UMIDADE DO AR • Aceleram a ação de microrganismos

• LESÃO: porta de entrada para contaminação

•Queima, broca, danos mecânicos (corte e transporte), geada.

• TEMPO DE QUEIMA

•Horas após a queima ou corte

• TERRA NA CANA

• MATURADORES

• TEMPERATURA AMBIENTE E UMIDADE DO AR • Aceleram a ação de microrganismos

Fatores Externos:Fatores Externos:

Fatores que determinam a Qualidade da CanaFatores que determinam a Qualidade da Cana

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Parâmetros Valores Recomendados

Bastonetes / mL < 5,0 x 105

% Álcool < 0,06 %

Acidez < 0,80

Dextrana < 500 ppm/Brix

% ART Maior possível

% AR < 0,8 %

Pureza > 85 %

Tempo Queima/corte Menor possível (< 35 h)

Terra < 0,8% ( < 8 Kg / t )

Broca < 1,0 %

INDICADORES

Fonte: FermentecFonte: Fermentec

Indicadores da Qualidade da CanaIndicadores da Qualidade da Cana

Impurezas Vegetais < 5,0%Impurezas Vegetais < 5,0%

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Impurezas VegetaisImpurezas Vegetais Impurezas MineraisImpurezas Minerais

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• Essas impurezas além de representarem necessidade adicional de transporte, também afetam a industria: contaminação, desgastes, consumo adicional de potência, sobrecarga na clarificação, manutenção, bem como perdas: Partículas de solo protegem populações de

bactérias – 1Kg de terra com 1011 bactérias pode contaminar 100l de caldo com 106 bactérias/ml.

Desgastes por abrasão em bombas, válvulas, tubulações, equipamentos, circuito de geração de vapor....com elevação dos custos com manutenção e/ou paradas de moenda.

Impurezas Mineral e VegetalImpurezas Mineral e Vegetal

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Sobrecarga na clarificação: necessidade

adicional de químicos (enxofre, ácido fosfórico,

polímero, enzimas e cal), aumento do volume do

lodo e da torta.

Perdas: lavagem da cana, extração, torta do

filtro e na fermentação – rendimento

fermentativo e consumo adicional de químicos

(dispersantes, antiespumantes, ácido sulfúrico e

antibióticos).

Consumo adicional de potência: principalmente

com sistema de limpeza / lavagem da cana,

também com recirculações, ciclos de centrífugas

mais longos...

Impurezas Mineral e VegetalImpurezas Mineral e Vegetal

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Qualidade da Cana – Ensaio

Amostras de CanaAmostras de Cana

Folhas e PontasFolhas e Pontas

Fonte: CTCFonte: CTC

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Composição do Colmo, Folha e Ponta(Colmo) (Folha) (Ponta)(Colmo) (Folha) (Ponta)


AmidoAmido

CinzasCinzas

ARTART

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Amilose: segmento de cadeia linear

C C

C

OC

C

CH2OH

H OH

H

OH H

HH

O

C

C C

C

OC

H

OH

OH

H

H HH

O O

CH2OH

C

C C

C

CO

OOH

H OH

H

CH2OH

H HH

CH2

C C

C

OC

C

CH2OH

H OH

H

OH H

HH

O

C

C C

C

OC

H

OH

OH

H

H HH

O O

O

Amilopectina: segmento de cadeia ramificada

AMIDOAMIDO

Concentração no caldo varia de 50 a Concentração no caldo varia de 50 a 2.000ppm2.000ppm

Representa de 70 a 80% do amido




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Fatores que afetam: Impurezas vegetais – encontrado nas

folhas e pontas Tipo de colheita Estágio de maturação da cana

(necessário conhecer melhor as

origens do amido em nossas

condições) Variedades da cana

AMIDOAMIDO

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AMIDO – EFEITO VARIETAL – C/F/PAMIDO – EFEITO VARIETAL – C/F/P


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Eliminação do Amido no Processo – Na Clarificação e com Aplicação da Enzima Alfa

Amilase

Amido (ppm/Brix) % Redução

Data 1 2 31 - 2 1 - 3 2 - 3

Caldo PCTS Caldo Clarificado Xarope

30/09/05 2010 1767 511 12% 75% 71%

01/10/05 2399 1513 398 37% 83% 74%

02/10/05 1991 1371 154 31% 92% 89%

03/10/05 1377 1230 181 11% 87% 85%

04/10/05 1960 1460 263 26% 87% 82%

05/10/05 2036 1388 275 32% 86% 80%

06/10/05 2349 1317 471 44% 80% 64%

Média 2017 1435 322 29% 84% 78%

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Como reduzir:

No campo: Planejamento varietal Reduzir impurezas vegetais

No processo: Controles de processo nas etapas da

clarificação – pHs, temperaturas.. Utilização da enzima alfa amilase

AMIDOAMIDO

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Características: Surge em meios concentrados de

sacarose Bactéria – Leuconostoc Mesenteroides Não é encontrada em canas sadias Altamente dextrorotatória – interfere

nas leituras de Pol Muito solúvel em água – difícil eliminar

na clarificação Clima afeta muito o desenvolvimento –

temperatura e umidade relativa Tipo de colheita tb afeta muito

DEXTRANADEXTRANA

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Efeitos no processo: Afeta a recuperação fábrica e

destilaria Aumenta a viscosidade dos caldos,

xarope, massas, méis, mosto e vinho Aumenta a floculação do Levedo Prejudica performance de

centrífugas: de açúcar e de fermento Afeta a velocidade de cristalização

da sacarose

DEXTRANADEXTRANA

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Efeitos da dextrana na viscosidade das massasEfeitos da dextrana na viscosidade das massas

22

Efeitos no processo: Prejudica a qualidade do açúcar

(alongamento dos cristais) Eleva as perdas Diminui a

eficiência industrial Aumenta o consumo de produtos

químicos: ácido fosfórico, enxofre, cal, polímero, lubrificantes de massa, dispersantes, antiespumantes...

Custos adicionais – maior frequência de limpeza dos resfriadores (destilaria)

DEXTRANADEXTRANA

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Como reduzir:No campo: Redução do tempo de queima Redução dos níveis de terra na cana Controle dos níveis de infestação de

Broca Uso adequado de Maturadores

No processo: Eliminação do barracão / pátio Assepsia da moenda / tanques /

equipamentos Controles de processo – pH,

temperaturas.. Utilização da enzima dextranase (no

caldo misto)

DEXTRANADEXTRANA

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Composição Tecnológica da Cana (Cana Típica)Composição Tecnológica da Cana (Cana Típica)Composição Tecnológica da Cana (Cana Típica)Composição Tecnológica da Cana (Cana Típica)

Cana 100%

Bagaço 26%

Caldo Misto 106%

Sólidos Solúveis 17%

Água 88,80%

Areia 0,04%

Bagacilho 0,16%

Açúcares 15.60%

Não Açúcares 1,40%

Sacarose15%

Glicose0,30%

Frutose0,30%

Orgânicos1,05%

Inorgânicos0,35%

Sólidos Insolúveis 0,20%

• Moagem• Peneiramento • Evaporação

• Cozimento• Secagem• Destilação

• Lavagem Cana• Moagem• Peneiramento• Decantação• Filtração

• Peneiramento• Decantação• Filtração

• Clarificação• Filtração• Flotação• Cozimento• Centrifugação• Destilação

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PROCESSOPROCESSO

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Lavagem da cana Lavagem da cana

Sistema de limpeza de

cana a seco

Sistema de limpeza de

cana a seco

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Extração – Processo Típico

28Sourse: Uni-Systems Diffuser – Vale do Paranaiba – 8.000TCDSourse: Uni-Systems Diffuser – Vale do Paranaiba – 8.000TCD

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Volume para 10min. de retenção; Cilíndrico e fundo cônico; Fechado, com sistema de limpeza

instalado (automático); Sem cantos vivos, revestido

internamente e com reforços mecânicos apenas na parte externa;

Com controle de fluxo – sistema banda morta.

Tanque Pulmão de Caldo na MoendaTanque Pulmão de Caldo na Moenda

GARANTIA DE ESTABILIDADE NOS FLUXOS DE CALDOS

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FÍSICO-QUÍMICA DA CLARIFICAÇÃO

•Fenômenos físicos-químicos envolvidos no tratamento do caldo;

•Culminam com a formação de flocos que irão sedimentar no decantador.

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Composição do caldo de cana:

• Mistura complexa dos componentes da cana de açúcar, bagacilho e de materiais estranhos que acompanham a cana (terra, areia...);

• Composição química varia largamente, segundo: variedade da cana, grau de maturação da cana, clima, tipo de solo, adubação, tipo de colheita, tempo de queima etc;

• Haverá sempre um comportamento diferenciado do caldo quando submetido aos processos de clarificação.

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Caldo de cana é uma suspensão coloidal onde as partículas suspensas apresentam diferentes faixas de tamanhos e composição química heterogênea, tendo desde íons até partículas grosseiras:

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A maioria dos colóides transportam cargas elétricas, devido à adsorção de íons sobre a sua superfície. As partículas coloidais estão sujeitas a 2 forças:

• Força de atração (Van der Waals), devido à interação mútua dos elétrons e os núcleos das moléculas;

• Força de repulsão eletrocinética, devida à diferença de potencial entre a partícula e a solução (Potencial Zeta).

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Potencial Zeta e objetivos da clarificaçãoA repulsão eletrostática entre partículas assegura que uma coagulação espontânea não ocorra, portanto, a dispersão se mantém estável:

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Em trabalhos realizados verificou-se que o potencial zeta medido em amostras de caldo misto, não deteriorado, situa-se na faixa de -7 a -15mV.A alteração do potencial zeta, levando-o a valores próximos de zero, corresponde a remover a resistência à aglomeração das partículas.

Três estágios básicos da clarificação:

1. Reduzir o potencial zeta das partículas dispersas para valores próximos de zero, para garantir máxima coagulação;

2. Permitir que as partículas coloidais neutras formem aglomerados – floculação primária;

3. Agrupar os aglomerados para formar grandes flocos – floculação secundária – que sedimentam rapidamente, arrastando as impurezas.

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MECANISMOS DA FLOCULAÇÃO

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Os 3 estágios visam atingir um objetivo maior no tratamento do caldo, ou seja:

• Máxima eliminação de não açúcares;• Máxima eliminação de colóides;• Caldos com baixa turbidez;• Mínima formação de cor;• Máxima taxa de sedimentação;• Volume mínimo de lodo;• Teores mínimos de cálcio no caldo;• pH do caldo adequado.

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COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO

• Coagulação: juntar as partículas, isto é, atingir o ponto isoelétrico, onde o potencial zeta é nulo.

• Floculação: produzir flocos é aglomerar coágulos formando flocos maiores e mais pesados.

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Em caldos de cana, as partículas diferem largamente em composição e tamanho e estas, consequentemente, mostram uma larga faixa de velocidades de sedimentação:

• Partículas maiores (>10u) são instáveis e sedimentam em poucos minutos;

• Partículas menores (1 a 2u) permanecem estáveis em suspensão por muitas horas;

• Para ocorrer uma rápida fase de separação é necessário que exista uma agregação entre as partículas.

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SISTEMA DE FLOCULAÇÃO IDEAL

Grandes e pequenas partículas entrelaçadas formam uma nova unidade maior e mais pesada, com maior velocidade de sedimentação.

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PONTO ISOELÉTRICO

• O ponto isoelétrico para o caldo de cana está situado na faixa de pH entre 2.5 a 4.0 – justifica o mecanismo do tratamento de pré-clarificação ácida envolvendo a adição do gás SO2;

• A carga pode também ser reduzida a zero pela adição de uma certa quantidade de um cátion metálico (Al+3, Ca+2, Mg+2 etc). Associa-se este fenômeno à precipitação de fosfatos de cálcio (processo de calagem normalmente empregado pelas usinas). Fica claro que a quantidade de precipitado depende da concentração de fosfato inorgânico no caldo.

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Pobre floculação normalmente ocorre devido à deficiência em fosfato. Em alguns casos, cana velha p.e., mesmo a adição normal de cálcio não é suficiente para garantir uma boa floculação, pelo fato de que estes íons estejam formando complexos com o caldo e não ficam disponíveis para formação de fosfato de cálcio desejado.

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EFEITO DA TEMPERATURA

• Alguns autores citam que 70% da proteína disponível é denaturada e posteriormente coagulada pela ação do aquecimento (T>65oC) e, consequentemente, reduzindo o potencial zeta. É importante observar que nem sempre a proteína é a única responsável pela estabilidade do sistema;

• As velocidades das reações são violentamente aumentadas com o aumento da temperatura.

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TRATAMENTO QUÍMICO

• Durante a clarificação, as impurezas insolúveis são totalmente removidas e uma grande parte das substâncias coloidais e alguns compostos solúveis são também removidos;

• Caldo de cana possui um pH que pode variar de 4,7 a 5,6. Canas sadias, maduras e recentemente cortadas apresentam pH do caldo entre 5,2 e 5,6;

• Os controles de pH dos caldos na clarificação devem ser compatíveis com o processo utilizado, com as condições de decantação e ainda adequado de forma a minimizar destruição de açúcares e a formação de cor durante a decantação e etapas seguintes.

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TRATAMENTO DO CALDO

TRATAMENTO DO CALDO

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TRATAMENTO QUÍMICO

ETAPAS

• Dosagem de fosfato;• Pré-aquecimento• Sulfitação – coluna, multijato ou ejetor;• Calagem – leite de cal ou sacarato de cálcio;• Aquecimento;• Flasheamento• Dosagem de polímero;• Decantação• Filtração• Utilização de enzimas (dextranase e alfa

amilase).

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Tratamento do Caldo – Processo Típico

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AQUECIMENTO

Objetivos:

• Redução do potencial zeta, em função principalmente da denaturação de proteinas;

• Acelerar as reações químicas;• Proteger os açúcares da ação de

microorganismos;• Permitir a desaeração do caldo – no

flasheamento.

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O caldo é aquecido por diversas razões:

• Eliminar bactérias > 65ºC• Degradar amido ~ 75ºC• Solubilidade do sulfito - 75 – 95oC

• Menor solubilidade do CaSO3 – 70 – 75oC

• Denaturar proteínas > 65ºC• Reações químicas - 75 – 95

ºC (cálcio + fosfato)

• Remover ar do caldo > 103ºC

Portanto, recomenda-se:• Pré aquecimento -> 70 a 75oC• Aquecimento final -> 105oC,

podendo chegar a 112oC p/ circuito álcool

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TRANSMISSÃO DE CALOR

Coeficiente de transmissão está relacionado com a velocidade do caldo através do aquecedor.

Velocidades altas:

• Aumentam o U• Reduzem incrustação• Aumentam a perda de carga – Delta P v2

• Aumento de pressão (vazamento em juntas)

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TRANSMISSÃO DE CALOR

Velocidades baixas:

• Diminui o U• Aumenta a incrustação• Diminui a perda de carga – Delta P v2

• Caramelização do açúcar

Velocidades recomendadas:

• 1,5 a 2,0m/s (aquecedores tubulares)

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EQUIPAMENTOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Trocadores de calor

Tipos:

• Aquecimento com vapor: Tubulares, horizontais ou verticais Placas Por contato direto:

Borbotor

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Calandra

Entrada de caldo

Entrada de vapor

Tampa

Tampa

Saída de caldo

Saída água

condensada

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TROCADORES TUBULARES VERTICAIS

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TROCADORES TUBULARES HORIZONTAIS

5757

TROCADORES A PLACAS

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EQUIPAMENTOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Trocadores de calor

Tipos:

• Regenerativos – caldo x caldo, caldo x vinhaça ou caldo x condensado:Tubulares, horizontais ou verticaisPlacasPor contato direto:

APCD

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AQUECIMENTO

Recomendações:

• Indicadores de temperatura instalados nas linhas dos caldos e vapores.

• Inspeções/ calibrações freqüentes nos indicadores.

• Controle automático de temperatura.

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GASES INCONDENSÁVEIS

Composição:

• 98 a 99% - ar• Restante proveniente de gases de compostos

voláteis presentes no caldo (evaporadores):Gases amoniacais, CO2, SO2....

Verificações:

• Podem ser mais pesados ou mais leves que o vapor;

• Diminuem a eficiência do trocador:Gás tem baixo coeficiente de troca térmica;Diminui a temperatura da calandra (redução da

pressão).

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GASES INCONDENSÁVEIS

Eliminação:

• Tomadas de gases na parte superior e inferior do trocador, no lado oposto à entrada de vapor;

• Tomada inferior a 10cm do espelho do fundo;

• Purgadores termostáticos.

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CONDENSADOS

Retirada:

A. Purgadores (bóias, termostáticos...): Utilizados quando a pressão é positiva.

B. Coluna borométrica: Sob vácuo.

C. Caixas, com controle de nível.D. Caixas, com controle de nível e recuperação

do calor dos condensados.

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INCRUSTAÇÃO

Composição:

• Sais de cálcio, fostatos, sulfatos, oxalatos e carbonatos

• Óxidos metálicos: MgO, AlO3,Fe2O3...

• Sílica• Material orgânico

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INCRUSTAÇÃO

•Incrustação aumenta quando caldo é sulfitado

•Devem existir aquecedores de reserva para rodízio de limpeza

•Planejamento da limpeza é fundamental

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Incrustações

Circular caldo misto com pH de

5,5 a quente (70°), promovendo

uma limpeza ácida na tubulação;

Utilização de soda;

Utilização soluções ácidas

passivadas.

Formas de limpezaFormas de limpeza

Limpeza Mecânica

pode ser realizado com raspadores rotativos ou hidrojateamento.

Limpeza Química

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TRATAMENTO QUÍMICO

SulfitaçãoFinalidades:

• Redução do pH do caldo, para atingir o ponto isoelétrico, precipitando e eliminando substâncias coloidais;

• Diminuição da viscosidade do caldo e consequentemente do xarope, massas e méis;

• Formação de complexos com A.R., impedindo sua decomposição, controlando a formação de cor;

• Ação bactericida;• Concordância geral: o mais importante efeito

da sulfitação é sua ação inibidora na formação de cor.

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SULFITAÇÃO Controle de pH

• Valores de pH do sulfitado normalmente praticados: 4.2 – 4.5;

• Melhor controle é através do teor de SO2 no caldo sulfitado – PRÓXIMO de 600ppm, podendo chegar a 800ppm;

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SULFITAÇÃO

A quente, por quê? • É a temperatura de menor solubilidade

do sulfito de cálcio, evitando que parte do composto permaneça em solução;

• Favorece a velocidade das reações;• Diminui incrustação na evaporação;• Proteínas são denaturadas e

posteriormente coaguladas (T>65oC).

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SULFITAÇÃO

Fornos de enxofreFormas de alimentação:

• Calha vibratória, rosca ou válvula rotativa;

• Alimentação com enxofre previamente fundido e injeção de ar comprimido (maior eficiência de queima).

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TEMPERATURA DE QUEIMA ENTRE 400º A 500ºC

ENTRADA DE ARROSCA

DOSADORA DE ENXOFRE

MOEGA DE ENXOFRE

COROA

ENTRADA DE AR

CAIXA REDUTORA

FORNO ROTATIVOFORNO ROTATIVO

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SULFITAÇÃO

Fornos de enxofre

Quando o enxofre é queimado nos fornos, na presença de ar, o sulfito é formado segundo a reação:

S + O2 <-> SO2

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SULFITAÇÃOFornos de enxofre

Cuidados devem ser tomados, além da alimentação contínua já citada, sendo:

• A regulagem de ar na entrada dos fornos é muito importante, se a quantidade for insuficiente, a combustão do enxofre será incompleta onde parte do enxofre será sublimado;

• Já, um excesso de ar torna a saturação do gás muito baixa, dificultando a absorção do SO2 pelo caldo, afetando o processo de sulfitação;

• Controlar a temperatura dos gases na saída do forno na faixa de 400ºC – através da entrada de ar;

• Controlar a temperatura dos gases na saída do resfriador na faixa de 200ºC – controle da água na camisa de resfriamento.

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Resfriamento do gás para temperatura abaixo de 230°C

Abaixo de 230°C para reduzir a formação de SO3

Acima de 120°C para evitar o empedramento.

Camisa de Resfriamento

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SAÍDA DE GASES

VÁLVULA DE ALIMENTAÇÃO

DO CALDO

CÂMARA DE GASES

BOCAL VERIFICAÇÃO ENTRADA DE GASES

ENTRADA DE AR

ALIMENTAÇÃO DO ENXOFRE

VIA COLUNA

Distribuição do caldo nas colunas.

Controle da alimentação do enxofre.

Regulagem da entrada de ar após o forno.

Verificação da entrada de gases nas colunas.

Controle da temperatura da água de resfriamento da câmara de gases.

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SULFITAÇÃO

Ejetores e Multijatos

São equipamentos que produzem vácuo e mistura, por este motivo estão sendo utilizados para sulfitação, além da sucção do gás ocorre a absorção devido à elevada turbulência na câmara de mistura.

O bom funcionamento destes equipamentos está ligado a uma pressão constante na “cabeça”, portanto, exige vazão de caldo com pouca variação.

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Entrada de Água Fria

Caixa de Caldo Sulfitado

Saída de

Água Quente

Torre de Resfriamento do

Gás SO2

Bicos de Sulfitação

Moega de

EnxofreForno Rotativo

Câmara de Sublimaçã

o

SULFITAÇÃOSULFITAÇÃO

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PRESSÃO ENTRE2,5 À 4.0 kgf/cm²

Passagem de Gás

Passagem de Caldo

79

EjetoresEjetores

Coluna de SulfitaçãoColuna de SulfitaçãoForno de Queima de Enxofre e

Câmara de Sublimação

Forno de Queima de Enxofre e

Câmara de Sublimação

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CALAGEM

Finalidades• Eleva-se o pH do caldo a valores próximos de 7.0 –

7.2;• Adiciona-se Ca+2 (hidróxido de cálcio ou sacarato

de cálcio) em quantidade suficiente para neutralizar os ácidos orgânicos presentes, formando sais insolúveis (aconitato e oxalato de cálcio);

• Os flocos formados, floculação primária, irão sedimentar arrastando partículas em suspensão, compostos coagulados, além de diferentes proporções de gorduras, ceras, graxas, gomas etc.

81

Tanque de cal e caixas de dosagem

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pH NEUTROpH ÁCIDO

Hidrólise da sacarose

Glicose + Frutose

pH ALCALINO

Destruição de Glicose e Frutose

Caramelo e ác. lático

CALDOS / XAROPE / MASSAS / MÉIS CALDOS / XAROPE / MASSAS / MÉIS Temperatura Temperatura

ElevadasElevadasBrix ElevadosBrix Elevados

Elevados Tempos de ResidênciaElevados Tempos de Residência

CALDOS / XAROPE / MASSAS / MÉIS CALDOS / XAROPE / MASSAS / MÉIS Temperatura Temperatura

ElevadasElevadasBrix ElevadosBrix Elevados

Elevados Tempos de ResidênciaElevados Tempos de Residência

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CALAGEMPREPARO DO LEITE DE CAL

• A cal (CaO) não deve ser armazenada ao ar livre, pois sobre carbonatação reagindo com o CO2 presente no ar:

CaO + CO2 <-> CaCO3

• A cal pode perder 50% do CaO disponível inicial num período de 10 dias expostos num ambiente à 75% de umidade relativa;

• A hidratação da cal deve ser feita após sua chegada à usina, na forma de pasta, sob lençol de água, ou armazenada em silo ou container.

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Deve ficar protegido do sol e água.

ARMAZENAMENTOARMAZENAMENTO

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HIDRATADOR DE CALTanque horizontal fechado, com 2 seções:

• Câmara de hidratação• Câmara de diluição

- Rotação: 35 rpm -

Classificador:• Após hidratação e diluição o leite de cal é

transferido a um classificador helicoidal inclinado (30 rpm) separação de impurezas grosseiras.

Tanque de diluição e armazenagem:• O leite de cal é diluído e armazenado, sendo em

seguida enviado ao processo.

87

HIDRATADOR DE CAL - CTC

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HIDRATADOR DE CAL

Matéria-prima (cal virgem)• Granel armazenar em silos para

minimizar ataques químicos pelo ar ambiente (CO2, umidade).

• Container mais recomendado.

Granulometria exigida de 10 a 40 mm.

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PARÂMETROS DE OPERAÇÃO DO HIDRATADOR

• Relação recomendada cal:água - 1:3• Capacidade máxima na relação - 1.000

kg/h• Operação na relação 1:2 - não é

recomendada sem um sistema automático de controle de vazão da água na câmara de hidratação.

• Operação na relação 1:4 - também não é recomendada devido à redução de capacidade do equipamento. Capacidade máxima - aprox. 1.000 kg/h de cal virgem.

90

PROCEDIMENTOS BÁSICOS PARA INÍCIO DE OPERAÇÃO

• Completar a câmara de hidratação com água.• Interromper a adição de água, e iniciar a

agitação mecânica.• Iniciar a adição de cal virgem.• Ao atingir a concentração desejada (25 a

30°Bé, para a relação 1:3), reiniciar a adição de água.

• Após transbordamento da pasta da câmara de hidratação para a câmara de diluição, abrir a alimentação de água nos bicos aspersores para ajuste da concentração do leite de cal.

• Ligar o acionamento da rosca classificadora.

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VERIFICAÇÃO DOS PARÂMETROS DURANTE A OPERAÇÃO PARA

CONTROLE EFICIENTE

• Verificar e manter vazões de água e cal constantes. A estabilização da temperatura na câmara de hidratação é um bom indicador da constância de operação.

• Durante a operação verificar a concentração do leite de cal final, fazendo ajustes se necessário.

• Quantificar o resíduo produzido para avaliar a qualidade da matéria-prima processada.

92

PROCEDIMENTOS PARA TÉRMINO DE OPERAÇÃO

• Interromper a alimentação de cal.• Prosseguir com alimentação de água até

atingir uma concentração mínima do leite de cal que permita um reinício de operação sem problemas.

• Interromper a alimentação de água e desligar a agitação mecânica e a rosca classificadora.

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AS VANTAGENS DO NOVO SISTEMA UTILIZANDO O HIDRATADOR SÃO:

• Menor mão-de-obra no manuseio.• Retirada contínua das impurezas.• Melhor controle da concentração desejada.• Processamento de uma cal de melhor

qualidade (exigência do projeto).• Menor espaço físico ocupado.• Influência positiva no controle do pH do

caldo, o qual está relacionado com melhor qualidade do açúcar e redução da incrustação em equipamentos de troca térmica.

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• Após o preparo, enviar a cal para os tanques de descanso onde a solução ficará maturando por 24h.

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CALAGEM DE CANA REFRATÁRIA Canas SadiasDosagem até pH 6,8 – 7,2 é suficiente para obtenção de caldo clarificado de boa qualidade.

Cana refratária Cuidado !É comum elevar pH em demasia.pH 8 pode ocasionar:

• Destruição dos redutores e sacarose;• Aumento da cor no açúcar;• Aumento da incrustação.

Nestes momentos é preferível:• Reduzir pH do caldo sulfitado.• Elevar pH caldo dosado, no máximo para 7,4.• Adicionar P2O5, de forma que o total no caldo possa

atingir 250 – 300 ppm.

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DOSAGEM DE FOSFATO

No caldo de cana os fosfatos são encontrados na forma inorgânica (60 a 80%) e na forma combinada com radicais orgânicos (20 a 40%);

Os fosfatos inorgânicos (solúveis) aparecem no caldo como íons livres, enquanto os fosfatos orgânicos (insolúveis) aparecem na forma de fosfolipídeos, fosfoproteínas, fosfato-nucleotídeos e fosfato-hexoses;

Apenas os íons livres de fosfato tomam parte na clarificação, pois são estes que reagem com íons Ca+2, formando fosfatos de cálcio insolúveis. Portanto, é preciso que se tenha um teor ótimo de fosfato no caldo para uma clarificação bem sucedida e a prática mostra valores de no mínimo 200 ppm.

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Teor de P2O5 no caldo = 250 a 350 ppm depende do tipo do açúcar que se pretende produzir, sendo:

Nota: 1 – De acordo com resultado analítico obtido de P2O5 no caldo, faz-se a complementação com dosagens de ácido fosfórico.

Nota: 2 – É importante verificar o teor de P2O5 no caldo clarificado, normalmente quando o valor esta abaixo de 30 ppm indica a obtenção de um caldo clarificado de boa qualidade.

= 250 a 300 ppm será suficiente

Tipo 1 cor < 100

Tipo 2 cor 100 a 150

= 350 ppm será suficiente

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DOSAGEM DE FOSFATO

Principalmente em canas refratárias o ácido fosfórico é indispensável para melhorar a qualidade do caldo clarificado.Quantidade a ser adicionada:

• Varia de acordo com o P2O5 presente na cana.• Ideal entre 200 e 350 ppm (existente na cana

mais o adicionado).Preparo:

• Em tanques de aço carbono revestidos com epóxi, fibra de vidro ou inox.

Ponto de adição:• Antes da dosagem. De preferência antes

também da sulfitação.

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DOSAGEM DE FOSFATOS

Vantagens da aplicação:• Caldo mais claro;• Alta taxa de sedimentação;• Melhor filtrabilidade do lodo;• Melhor trabalho das massas

(cozimento);• Menor cor no açúcar;• No global, açúcar de melhor qualidade.

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CONTROLE DE pH

Muitas vezes problemas com controle de pH são devidos a fatores operacionais e não propriamente aos eletrodos utilizados.

Eletrodos sujos podem dar a falsa impressão de um controle ajustado corretamente, já que a intensidade de incrustação diminui a sensibilidade do sinal de pH (ver gráfico).

Diminuindo o comprimento das linhas de amostragem e o volume da câmara do eletrodo é possível obter respostas mais rápidas da adição de leite de cal (possivelmente T 10 segundos).

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REGISTRO DE PH

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CONTROLE DE pH

Flutuações na vazão e concentração de leite de cal e vazão de caldo dificultam o controle.

Sacarato de cálcio a quente muito contribui para minimizar flutuações de pH em virtude de uma reação mais rápida e uma composição mais constante do sacarato.

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CALAGEMCuidados operacionais

• Oscilação da vazão de caldo sulfitado (tanque pulmão de caldo misto automatizado);

• Ponto de aplicação do leite de cal ou sacarato: sucção da bomba – sacarato e tanques c/ 10 min. retenção p/ leite de cal;

• Oscilações na concentração do leite de cal (manter entre 4 e 6 Bé p/ aplicação direta);

• Limpeza do eletrodo (1 a 2 vezes por turno é aconselhável, utilizando solução ácida de HCl), calibração programada!

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CALAGEM

Cuidados operacionais• Temperatura da amostra para leitura do

pH (evitar temperaturas 65ºC, se for maior instalar resfriador);

• Calibração do eletrodo (calibrar com freqüência);

• Oscilações do pH do sulfitado (melhor controle do setor de sulfitação);

• Em algumas situações uma pré calagem no interior do tanque de caldo sulfitado é benéfico.

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CALAGEMRegras Gerais

• Quanto maior o teor de fosfato inorgânico (P2O5) no caldo, melhor se torna a eficiência de clarificação e quanto menor este teor, mais sofisticado deverá ser o tratamento;

• A adição de fosfato ao caldo deve ser feita sempre antes da adição do sacarato ou leite de cal;

• Os diferentes métodos de dosagem resultam em diferentes velocidades de sedimentação e qualidade do caldo. Assim, a ordem de tratamento para se obter caldos de melhor qualidade é: leite de cal leite de cal a quente sacarato sacarato a quente adição de fosfato + sacarato a quente;

• A adição de P2O5 apresenta melhores resultados com sacarato de cálcio. Em algumas ocasiões, operando com leite de cal, o efeito é pouco sensível.

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SACARATO DE CÁLCIO

É uma mistura de sacarose (caldo, xarope, mel, etc.) com leite de cal.Proporção:

• 7 partes sacarose/1 parte CaO (estequiometria).• 14 partes sacarose/1 parte CaO (prática).

Vantagens:• Enorme redução da turbidez do caldo

clarificado.• Garante maior uniformidade e controle do pH.

Inconveniente:• Maior volume de lodo.• Destruição dos açúcares redutores na solução.

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SACARATO DE CÁLCIONo preparo:• Manter concentrações dos produtos mais

uniformes possíveis.• Exemplo: Leite cal 15 2ºBé

Xarope 60 2ºBrix• Durante a mistura (cal/xarope) deve haver

uma agitação violenta (150 – 200 rpm) durante 4 – 5 minutos.

• Uma vez preparada, a solução é enviada a um tanque-pulmão de onde é bombeada ao processo.

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ESQUEMA DE PREPARO E DOSAGEM DE SACARATO DE CÁLCIO

curso tratamento do caldo - módulo i

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