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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL TUCUMAN Cátedra: Instalaciones Industriales Curso: 5S1

Año: 2014

Trabajo Practico Nº 1 Instalación de un ingenio azucarero

Integrantes: Rodríguez

Alejandro, Exequiel Ale Andrade, Carlos Said Eijo, Nicolas Nahuel Pérez Delgado, José Luis

Profesor:

Ing.

Diagrama de Flujo de ingenio Azucarero

Proceso de producción del Azúcar

Entrada o transporte de la caña de azúcar La caña que llega a la fábrica se transporta, se pela y luego se descarga sobre las mesas de alimentación, con grúas.

Molienda La caña es sometida a un proceso de preparación que consiste en romper las celdas de los tallos. Luego unas bandas transportadoras la conducen a los molinos, donde se realiza el proceso de extracción de la sacarosa. El bagazo sale del último molino hacia las chimeneas, para usarlo como combustible, o al depósito de bagazo, de donde se despacha para usarlo como materia prima en la elaboración de papel.

Clarificación El jugo proveniente de los molinos, pasa al tanque, donde se rebaja su grado de acidez. El jugo alcalinizado se bombea a los calentadores, donde se eleva su temperatura hasta un nivel cercano al punto de ebullición. Luego antes de pasar a los clarificadores va a un tanque de flasheo abierto a la atmósfera, en el cual pierde entre 3 y 4 grados centígrados por acción de evaporación natural, también se cambia la velocidad del jugo de turbulento a laminar. En los clarificadores se sedimentan y decantan los sólidos. Los sólidos decantados pasan a los filtros rotatorios, trabajan con vacío y están recubiertos con finas mallas metálicas que dejan pasar el jugo, pero retienen la cachaza, que puede ser usada como abono en las plantaciones. PURO

Evaporación Luego el jugo clarificado pasa a los evaporadores, que funcionan al vacío para facilitar la ebullición a menor temperatura. En este paso se le extrae el 75% del contenido de agua al jugo, para obtener el producto o meladura.

Cristalización El cocimiento de la sacarosa que contiene el jarabe se lleva a cabo en tachos al vacío. Estos cocimientos, producirán azúcar crudo o azúcar para refinación. La

cristalización del azúcar es un proceso demorado que industrialmente se aumenta introduciendo al tacho unos granos de polvillo de azúcar finamente molido.

Separación o centrifugación Los cristales de azúcar se separan de la miel restante en las centrífugas. Estas son cilindros de malla muy fina que giran a gran velocidad. El líquido sale por la malla y los cristales quedan en el cilindro, luego se lava con agua. Las mieles vuelven a los tachos, o bien se utilizan como materia prima para la producción de alcohol etílico en la destilería. El azúcar de primera calidad retenido en las mallas de las centrífugas, se disuelve con agua caliente y se envía a la refinería, para continuar el proceso. Cabe resaltar que en este punto se obtiene lo que se llama azúcar rubio, debido al color de los cristales; a continuación se detalla el proceso mediante el cual el azúcar rubio se convierte en azúcar blanco o azúcar muy fina

Refinado y Secado: Para iniciar este proceso, el Azúcar se diluye con agua para convertirse en Jarabe que luego se filtra y envía a Tachos de Cocimientos de Refino. Allí se produce la Masa Cocida Refinada, y de nuevo la mezcla de cristales de Azúcar y Miel que se separarán por Centrifugación y darán como resultado el Azúcar Húmedo de alta calidad. El Azúcar contiene un gran porcentaje de Humedad que se elimina por la acción de los Secadores Rotativos. Posteriormente, el Azúcar pasará a través de zarandas que clasifican el tamaño del cristal de Azúcar y de allí a los silos de envase.

Tratamiento del Jugo Para purificar al jugo, se han ensayado centenas de productos. A la fecha solo cuatro tienen importancia industrial: 1. La cal, CaO, que desde la iniciación de la fabricación del azúcar, permanece como el defecador universal básico. Al tratamiento con cal se lo llama “defecación”. 2. El acido sulfuroso, SO₂: “sulfitación”. 3. El acido fosfórico, P₂O₅: “fosfatación”. 4. El acido carbónico, CO₂: “carbonatación”. De estos cuatro tratamientos, solo será analizado el de “defecación, ya que es el más comúnmente empleado en los ingenios azucareros de la zona.

Defecación Éste es el único tratamiento de los cuatro mencionados que se practica universalmente. Acción de la cal sobre el jugo: Se dejaran de lado los fenómenos químicos que provienen de la reacción de la cal sobre el jugo. Los ácidos orgánicos del jugo se eliminan porque sus sales de calcio son insolubles (acido oxálico, tartárico, etc.) y las materias albuminoideas se coagulan. Una parte de los materiales pécticos y de los materiales colorantes se destruyen o se insolubilizan. Sin embargo esta eliminación es relativamente insignificante por que la pureza del jugo defecado es, aproximadamente, la misma que la del jugo antes del tratamiento. El incremento de pureza es, generalmente, de 1 a 2 puntos: 83 a 84,5 por ejemplo. Algunas veces no se obtiene ningún incremento. La purificación es sobre todo física. Se forma un precipitado fácil de observar en la probeta debido sobre todo a materiales coagulados. Este precipitado arrastra las impurezas físicas al envolverlas. Cal: La calidad de la cal empleada es importante. Deben evitarse cales que contengan más del 2 % de MgO o de oxido de hierro o de aluminio. Estas impurezas producen depósitos en el múltiple efecto, y el magnesio dificulta la defecación. Si es posible debe exigirse menos del 1 % de MgO. Una buena cal debe tener del 90 al 95 % de CaO.

Lechada de cal: En muchas fábricas todavía se utiliza la cal directamente agregándola en su estado sólido al jugo. La solubilidad de la cal en el jugo aumenta con el % de azúcar y disminuye con la temperatura. A 80 º C en un jugo que contenga del 10 al 12 % de azúcar, se disuelve del 0,25 al 0,30 % de CaO. Debe fabricarse inicialmente una lechada de cal pulverulenta o la cal viva en trozos, en el agua. Esta lechada de cal se mezclara en seguida al jugo; de esta manera su difusión será más rápida y su acción más regular. L lechada de cal se fabrica en dos pequeños tanques uno de los cuales se vacía mientras que se llena el otro. Estos tanques se proveen de un agitador que gira de 8 a 10 rpm, de acuerdo con su diámetro. La capacidad de cada uno de los tanques debe corresponder a 1 h 30 min o 2 h de marcha de la fábrica. Las paletas que trabajan dentro de la cal deben ser de fundición y no de bronce. Procedimiento de defecación: Los procedimientos de defecación más comunes son los siguientes: Encalado en frio: el guarapo que viene de los molinos tiene un pH cercano a 5.5. se alcaliza hasta un pH de 7.2, pero puede llegarse, en ocasiones, hasta un pH de 8.3. Se le envía entonces: 1. A las defecadoras que son tanques de doble fondo calentados con vapor directo en los que la temperatura sube a 97 ºC. en este momento comienzan a formarse burbujas de vapor que suben a la superficie llevando con ellas partículas de bagazo y una parte del precipitado ya formado. El resto se asienta lentamente y cae después de cierto tiempo al fondo de la defecadora formando cachazas que corresponden al 10 o 20 % de la altura del liquido. 2. A los calentadores en los que la superficie de calefacción debe ser suficiente para hacer que el guarapo llegue a la temperatura de ebullición durante su paso, es decir, a 101 ºC como mínimo. A la salida del calentador de jugo pasa por un separador de vapor que consiste en un simple vaso, en el cual vuelve a tomar la temperatura de ebullición correspondiente a la presión atmosférica, es decir, 101 ºC liberando vapor. En seguida el jugo va a los decantadores que son simples tanques en donde el jugo se deja el tiempo necesario para decantarse (decantadores discontinuos), o a grandes depósitos que atraviesa lentamente para no dificultar la decantación (decantadores continuos). Los decantadores no producen espumas, o producen muy poca. El jugo defecado o decantado tiene un pH variable que es del orden de 6.8 a 7.2.

La decantación se completa al final de: ¾ de hora 1 hora cuando el jugo es de cañas nobles, 1 ½ hora a 2 horas cuando el jugo es de cañas que tienen “sangre” salvaje, y más de 2 horas cuando el jugo es de cañas refractarias. La alcalización en frio es suficiente para el tratamiento de los jugos de cañas nobles y para la fabricación de azúcar crudo. Cuando los jugos son difíciles de tratar se lleva el pH hasta 8.3 en la alcalización.

Encalado fraccionario y doble calentamiento: este procedimiento esta especialmente destinado para el tratamiento de jugos refractarios y, en general, es notablemente mejor cuando la alcalización ordinaria no es suficiente. Consiste en:     

Encalar el jugo frio hasta un pH de 6.2 a 6.4 Calentar hasta la ebullición Reencalar hasta un pH de 7.6 a 8.2 Calentar nuevamente hasta la ebullición Dejar decantar

Los pH indicados corresponden, aproximadamente, a la adición de un tercio de la cantidad total de cal en el primer encalado o preencalado y 2/3 en el segundo encalado. El preencalado puede llevarse hasta un pH de 6.6 pero no debe pasarse de este punto. En la mayor parte de los casos un pH de 6.3 es satisfactorio. El primer calentamiento puede detenerse en 101 ºC. El segundo encalado puede llevarse más allá de 8.2 pero el valor optimo se mantiene generalmente cerca de 7.8. Si se encala a 8.4 el jugo defecado permanecerá alcalino: 7.2 a 7.4. El segundo calentamiento debe pasar de la temperatura de ebullición, y es bueno llevarlo hasta 105 ºC para no arriesgarse a caer debajo de 101 ºC. El pH final del jugo decantado debe ser de 6.8 a 6.9, aproximadamente. Este procedimiento tiene sobre el encalado en frio, las siguientes ventajas:     

Se obtiene menos espuma El jugo claro es mucho más brillante La cachaza filtra mejor y produce tortas secas y porosas Los coloides nitrogenados se eliminan en una gran proporción (80 % en lugar de 50 %) Las ceras se eliminan en una mayor proporción (90 % en lugar de 70%)

Clarificador típico de jugo

Clarificación compuesta: este proceso exige la separación del guarapo en dos partes: 1. El jugo primario o guarapo de presión seca dado por la desmenuzadora y/o el primer molino. 2. El jugo secundario formado por el jugo de presión húmeda dado, generalmente, por el segundo molino. La clarificación compuesta consiste en tratar separadamente estas dos categorías de jugo que presentan entre ellas diferencias importantes:  

El jugo de presión seca es más denso mientras que el jugo de presión húmeda contiene la mayor parte del agua en imbibición El primer jugo extraído es el más puro.

La primera diferencia (densidad) permite decantar más fácilmente el jugo menos puro, que tiene la mayor necesidad de ser clarificado. Se sabe, en efecto, que los jugos se decantan tanto más fácilmente cuando su densidad es más débil. Cada una de las dos clases de jugo se encala y se calienta: Jugo Primario Encalado a pH 7.0 a 7.4 Calentamiento a 105 ºC Decantación

Jugo Secundario Encalado a pH 7.8 a 8.8 Calentamiento a 105 ºC Decantación

El jugo claro dado por el clarificador primario va a la fabricación. Su pH es de 6.8 a 7.1. las espumas primarias van al alcalizador secundario. El jugo claro dado por el clarificador secundario va al alcalizador primario. Su pH es de 6.8 aproximadamente. Los lodos secundarios van a filtración.

En resumen, solo el jugo primario sufre la alcalización ordinaria por lo menos para la fracción (aproximadamente el 90%) que corresponde al jugo claro. El jugo secundario sufre por lo menos un doble encalado y un doble calentamiento. Reacción del jugo defecado: La acidez o la alcalinidad final del jugo defecado que va a la evaporación es interesante. Cuando se desea obtener azúcar blanca debe buscarse un jugo defecado acido y mantener su pH entre 6.4 y 6.6. Cuando solo se desea azúcar cruda puede dejarse el jugo defecado ligeramente alcalino con un pH entre 7.1 y 7.5. de esta manera se evita el riesgo de pérdida 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 más difícil. Puede asegurarse que las templas son el 20 % más largas con pH de 7.5 que con pH de 7.0.

Decantación Una vez que el jugo a pasado por el tratamiento de defecación, es necesario dejarlo decantar para separar el jugo claro del precipitado que se forma en su masa. La decantación se hace de tres maneras principales:   

En defecadores En decantadores discontinuos En decantadores continuos o clarificadores

En los defecadores el calentamiento se obtiene por medio de un doble fondo o de un serpentín calentado con vapor directo. A los defecadores se les da generalmente un superficie de calentamiento de 1 m² por cada m³ de capacidad.

La diferencia entre defecadores y decantadores es que los primeros calientan por si mismos el jugo antes de dejarlo reposar, mientras que los segundos reciben el jugo ya calentado hasta la ebullición. Los decantadores son simples tanques en los cuales se deja reposar el jugo el tiempo necesario para la decantación. Este tiempo varía mucho de acuerdo con el tratamiento y sobre todo con de acuerdo con el jugo tratado: 1. Cañas nobles = 1 hora, aproximadamente. 2. Cañas con predominancia de sangre noble = 1 hora 30 minutos, aproximadamente 3. Cañas con predominancia de sangre salvaje = 2 horas a 2 horas 30 minutos, aprox.

Decantadores típicos de jugo.