AZUCARES

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS Y
PRODUCTOS AGROPECUARIOS
AZÚCAR BLANCA POR REFUNDICIÓN
Dr. Américo Guevara Pérez
[email protected]
Lima- Perú
AFINACIÓN
A. El lavado de los cristales crudos
• Es el primer paso del proceso de refinación y se
llama afinación o lavados, y consiste en la
eliminación o separar de la película de miel que
esta adherida al cristal del azúcar (rubia). La
película de miel tiene una pureza de 65 ó
menos, mientras que el cristal mismo consiste
en sacarosa casi pura.
• La separación se hace purgando la masa en
centrifugas, en los cuales se lavan los cristales
con agua caliente.
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B.
Refundición o disolución del azúcar
lavado
• El azúcar lavado se disuelve en aproximadamente la
mitad de su peso en agua, en un tanque dotado de
aspas mezcladoras y llamado REFUNDIDOR O
DISOLUTOR, al cual se aplica vapor de escape por
medio de serpentín para ayudar la disolución. La
temperatura de trabajo esta en el orden de 75ºC y se
lleva a un ºBrix promedio de 55
• Para la refundición se usan aguas dulces de alta
polarización procedente de los lavados de los filtros del
área de la refinería.
• El mantenimiento del licor de azúcar lavado a 99° de
pureza o más, en todo momento ayuda a la defecación o
clarificación y mejora la calidad de los licores.
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CLARIFICACIÓN O DEFECACIÓN
• El licor de lavado de crudos del tanque de disolución
contiene algunas materias insolubles tales como
bagacillo, arcilla o arena, cantidad apreciable de
suspensiones finas y dispersas, y también gomas,
pectinas y otros coloides verdaderos, que no fueron
extraídos por la clarificación en la obtención de azúcar
rubia. Esto hace que el licor crudo sea ácido.
• La clarificación o defecación se puede definir como el
tratamiento del licor crudo con ciertas sustancias y con
calor, para lograr que la solución sea adecuada para
filtración o clarificación.
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En las refinerías modernas se usan dos
formas de defecación o clarificación.
1. Mediante tratamiento químico, emplea
materiales que forman precipitado en el
licor. Los compuestos químicos más
utilizados son el ácido fosfórico con Cal,
y CO2 con Cal.
2. La segunda hace uso de auxiliares
inertes a la filtración que permiten la
filtración a presión.
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CLARIFICADORES
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B.
Pretamizado de los licores
• Se tamizan los licores de fundición para extraer los
materiales insolubles; el uso de tamices vibratorios
suelen llevar malla hechas de metal monel.
• La extracción de estas partículas permite reducir la
cantidad de P2O5 que resulta necesaria para lograr una
defecación efectiva.
C. Ácido fosfórico y cal
• Es el más antiguo de los procesos de defecación que
todavía se usan o algún fosfato tricálcico floculento
soluble con Cal y calor. El fosfato tricálcico floculento
que se forma no filtra bien a presión; sin embargo,
usando la flotación al aire en aparatos llamados
“clarificadores espumadores”, se logra el propósito.
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El ácido fosfórico
• Se fabrica directamente de la roca
fosfatada, mediante su fusión con coque y
sílice en hornos; producen un ácido con
55% de P2O5 y libre del arsénico, el
plomo, los sulfatos y demás impurezas.
• El procedimiento actual es la adquisición
de este ácido fosfórico denso y de uso
directo.
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Cal
• Las refinerías usan Cal hidratada o Cal viva pulverizada,
la circulación de una lechada de Cal a densidad
aproximada de 20°Brix sirve para todos los fines, pero
con controles automáticos se obtienen mejores
resultados con densidades mucho menores. En la
actualidad, la lechada de Cal ha sido sustituida por los
sistemas de alcalinización automática, por el sacarato
de calcio, hecho con licores filtrado por carbón de hueso
para la formación de sacarato.
• En los sistemas intermitentes, primero se añade P2O5 y
después la Cal necesaria para lograr que el licor
clarificada todavía en pH 7.0 a 7.3.
• La cantidad de Cal que se utiliza es de 0.4 kg por Ton.
de refundido y de 0.17 kg de P2O5 por Ton. de
refundido.
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TRATAMIENTO CON CALOR
El licor se trata a una temperatura aproximada de 60°C
(140°F), los licores se mantienen a 60°Brix.
• El precipitado de fosfato. En el tratamiento de fosfato y
Cal con calor, primero se neutralizan los ácidos
orgánicos existentes en el azúcar crudo y después se
forma fosfato tricálcico. La calefacción y los noazúcares orgánicos, con la mayor parte de las
zonas, albúminas y pectinas. La materia forma un
precipitado denso y floculento que atrapa y lleva consigo
gran parte de las impurezas procedentes del azúcar
crudo, que están en suspensión, y también la mayoría
de las partículas de bagazo, arena, etc., que no hayan
sido eliminados por el tamizado. Lo más importante de
todo es que este precipitado ocluye mucha materia
coloidal y extrae una cantidad apreciable de materia
colorante.
•
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Eliminación de la coloración por el
tratamiento con fosfatos
• El tratamiento con fosfatos extrae los
polifenoles de hierro, que imparten un
color pardo verdoso al licor de azúcar
lavado, los compuestos coloidales de
hierro y polifenoles, tan difíciles de extraer
por otros medios, también quedan
eliminados por este procedimiento.
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Proceso de carbonatación
• Este procedimiento se basa en la precipitación,
con dióxido de Carbono (CO2), de un exceso de
Cal. Las refinerías utilizan los gases lavados de
sus chimeneas, en vez de producir el CO2 en
hornos de cal. Para el proceso continuo se
necesita en la fabricación de una lechada de Cal
de 20°Brix. El promedio de Cal que se añade al
licor es de 0.5 de los sólidos refundidos (la
gama es de 0.3 a 0.8) a temperaturas de 60 a
80°C (140 a 176°F).
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Filtración a presión
• Se puede utilizar filtros de placas. Se ha
logrado aplicaciones especiales en la
industria azucarera, son los filtros de
cuerpo vertical tales como los Fas-flo,
pronto Process, Aceite Jett, etc. Usan
paños de nylon para la filtración por tener
una vida útil mayor.
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Clasificadores por espuma o espumadores
•
El término clarificador espumador incluye todos los
sistemas que separan el precipitado de fosfato tricálcico
y el licor por flotación en aire.
• El licor se impregna de aire y después se calienta en
un recipiente idóneo, de forma tal que el material
insoluble flote.
• La aparición entre los lodos de licor claro no depende de
la filtración. El licor tratado y aireado entra por un
extremo del clarificador y fluye lentamente a través del
mismo, mientras que la temperatura aumenta hasta que
llega a ser 205 ó 210ºF en el extremo de salida. El licor
defecado se extrae por tuberías situadas en el cuerpo
del clarificador, y las natas pasan por un canal de lodos.
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Carbonatación con fosfato
• Existe acuerdo entre los refinadores que es
preferible la defecación o clarificación química a
la filtración mecánica. Los motivos de esta
preferencia son:
• Los costos de capital son inferiores.
• Los requisitos de carbón son más o menos
iguales para los procesos.
• Para el fosfato se requiere aproximadamente la
mitad de la cal que se necesita con carbonato.
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Manejo de los lodos
• Los diversos sistemas de defecación rinden
tortas de prensas, lodos o natas que retienen
azúcar, y ese azúcar hay que recuperarlo.
• Las múltiples mejoras que existen en la
actualidad se han dirigido hacia el ahorro de
mano de obra, la limpieza y la disminución de la
pérdida de azúcar, en tal sentido estos lodos se
envían a la paila o tanques de jugo encalado.
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LA DECOLORACIÓN CON ADSORBENTES
• Adsorbentes de tamaño muy fino. La ventaja técnica
de utilizar absorbentes comerciales de tamaño muy fino
es la pequeña duración de contacto que requiere.
Cuando se decoloran licores de azúcar de caña con
carbón granulado se requiere un tiempo de contacto de
unas 3 horas; con carbones pulverizados dicho tiempo
queda disminuido a 15 min.
• Cuando se usan carbones pulverizados activados en la
precapa de un filtro, el tiempo de contacto se disminuye
a unos 3 o 4 min. El tratamiento con carbones muy finos
implica cantidades de 0.3 - 0.5 % de productos refinados
y el de carbón granulado de 0.6 - 1%. Sin embargo, hay
diferencias en las calidades de los efluentes. El carbón
muy fino produce un licor de claridad sumamente
brillante.
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SECADO DEL AZÚCAR
• Los azúcares húmedos que descargan las
centrífugas contiene 1% de humedad
aproximadamente, y se transportan
mediante elevadores de cangilones a los
secadores
para
el
secado.
El secador, llamado así porque separa los
cristales entre sí, es un tambor de metal
de aproximadamente 6 pies de diámetro y
25 pies de largo, ligeramente inclinado
hacia el extremo de descarga y que gira
sobre rodillos
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SECADOR
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En sus interiores contiene una serie de entre
paños estrechos cuyo borde inferior es dentado,
estando el borde exterior de los entre paños
colocados en sentido longitudinal, y sirven para
levantar el azúcar dejándolo caer permitiendo
que lo atraviese el aire caliente a mediada que
gira el tambor.
• El aire se calienta en un radiador o grupo de
tuberías de vapor situadas en el extremo de
descarga del tambor, y se hace pasar a través
de los elementos calentadores y el secador por
medio de un ventilador de succión, que también
extrae el polvillo de azúcar.
•
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• Al salir del tambor el azúcar debe estar
relativamente frío, preferentemente a
temperaturas inferiores a 110°F.
• El aire que abastece al secador se filtra y
lava para evitar la entrada de polvo y
microorganismos al azúcar.
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CURVAS DE SECADO
Estabilización
XSL
Xs
X
A
Periodo de velocidad constante
(superficie mantiene saturada agua)
(T º constante = Tbh)
B
C
Xc
D
2do. Periodo Desplazamiento
plano evaporac.
E
Xeq.
Ѳ c
Ѳ eq.
dx
dѲ
C
Ѳ
B
D
E
XS
dX
d
B
C
D
E
Ѳ
CÁLCULO DEL TIEMPO DE SECADO
A) PERIODO DE VELOCIDAD CONSTANTE
1) Velocidad de Transferencia de Masa
Pv, Tº
q
mH2O
Ps, Ts = Tbh


dX
d
dX
 K A Ps  Pv   K 1 A Hs  H 
d
= Velocidad de Secado
K = Coeficiente transferencia masa Kg H2O/Hr m2 atm
K’ = Coeficiente transferencia masa en función humedad
Hs = Razón de humedad de saturación
(
kg H 2O
)
2 kg H 2O
Hr m
kg a  s
H = Razón de humedad del aire
A
= Área (m2)
2. Velocidad de Transferencia de Calor
dQ
 q  h A To  TS
d
dx 

q  
 
d 


Ts = Temperatura de la superficie (Tbh)
To = Tº aire (Tbs)
q = Kcal/Hr (flujo calor)
h = coef. T.C. Kcal / hr m2 ºC
A = Área m2
∂
= calor latente de vaporización a Ts
dx 


   q  hA T  Ts 
d 


dx

d
h A
T  Ts 

---------- (1)
a Gn
h m
Dc
G
= Veloc. Másica aire
Dc
= Dimensión características del sistema
A, n, m = constantes
Para flujo de aire paralelo al producto o superficie desecado
Para:
Tº entre
45 – 150ºC
G
entre 245 – 29300 kg / hr m2 o
V (velocidad aire) 0.61 - 7. 6 m / seg
h = 0.0204 G0.8
G = vρ (kg / hr. m2) ó
ρ = densidad aire
V = velocidad del aire ( m / seg. )
1 H

vH

G
PT M
RT
PT = Presión absoluta aire (total)
M = Peso molec. H2O (18)
vH = (2.83 x 10-3 + 4.56 x 10-3 H) T
Para flujo aire perpendicular a superficie de Secado
Para G = 3900 – 19500 gkg / hr m2
v = 0.9 – 4.6 m / seg
h = 1.17 G0.37
Si
Agua
XS 
Sólidos
X = Ls XS
dxS
dx
 Ls
d
d
-------- (2)
(2) en (1)
 dx
LS   S
 d
 hA
T  TS 

 
d xS h A
T  TS 


d LS 
c
hA
Xso  d Xs  Ls  T  Ts o d 
Xsc
X S O  X SC
hA
T  Ts C

Ls 
Ls 
C 
hA
 X SO  X SC 


 T  TS 
A
Fd
d 
V
A
 S  Ls / V
Asumiendo:
-Evap solo en la superficie superior
-No haya retracción (pérdida de volumen)
C 
X S  X SC
 V
. S
T  Ts
hA
C 
ѲC
X SO  X SC  S d
.
T  Ts
h
No es función directa del espesor “d”