1

1Prof. Claudio L. Aguiar

Tecnologia do Açúcar

CONCENTRAÇÃO DO CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR

2

3

CONCENTRAÇÃO DO CALDO

2

4

EVAPORAÇÃO

FUNDAMENTOS DA EVAPORAÇÃO

1ª fase - Pré-evaporação - 13 a 15°Brix 20 - 25°Brixcondição operação temperatura: 115 -120°C

pressão: 0,69 - 0,99 kgf/cm²

2ª fase – Evaporação: 20 a 25°Brix 55-65°Brix Temperaturas: 107° < 55°CPressão: 0,37 kgf/cm² < 64 cmHg

a) xarope diluído

maior consumo de vapor no cozimento;

maior tempo de cozimento;

necessidade de maior número de equipamentos;

escurecimento da massa cozida e,

maior cor do açúcar.

b) xarope muito concentrado

maior dificuldade na produção do pé de cozimento;

dificulta a condução do cozimento;

dificulta o controle de crescimento dos cristais;

facilita a formação de falsos cristais.

Fatores limitantes - concentração pela evaporação

5

6

2.2. PRINCÍPIOS DE EVAPORAÇÃO EM MULTIPLOS-EFEITOS (Fundamentos)

Norbert Rillieux foi o primeiro a definir os princípios básicos de evaporação - 1848.

a) Primeiro Princípio:

“Em um evaporador de múltiplos-efeitos, cada quilograma de vapor, usado no primeiro vaso, evaporará tantos quilogramas de água quantos forem os números de vasos.”

3

7

2.2. PRINCÍPIOS DE EVAPORAÇÃO EM MULTIPLO-EFEITO (Fundamentos)

Norbert Rillieux foi o primeiro a definir os princípios básicos de evaporação - 1848.

a) Primeiro Princípio:

“Em um evaporador de múltiplos-efeitos, cada quilograma de vapor, usado no primeiro vaso, evaporará tantos quilogramas de água quantos forem os números de vasos.”

Diante deste princípio, tem-se que:

no simples-efeito: 1 kg de vapor evapora 1 kg de água;

no duplo-efeito: 1 kg de vapor evapora 2 kg de água;

com n vasos: 1 kg de vapor evapora n kg de água.

Prática: [n max. vasos = 4 ou 5] (implicações técnicas e econômicas)

Webre: 1° vaso - 100% 3° vaso - 115%

2° vaso - 107,5% 4° vaso - 121%

8

9

b) Segundo Princípio:

“ A extração de vapor de qualquer unidade de um evaporador de múltiplo-efeito para ser usado em outro setor da fábrica conduz a uma economia que será igual ao número de quilogramas de vapor extraído, dividido pelo nº de vasos do conjunto e multiplicado pelo nº de ordem que o corpo ocupa”

Exemplificando-se, que W o peso de vapor, M o nº de vasos e N o nº de ordem que o vaso ocupa no conjunto de evaporação, a economia de vapor E será igual a:

E = W.NM

E1º vaso = 1. 1/4 = 1/4 ... E3º vaso = 1. 3/4 = 3/4

Prática utiliza-se vapores dos vasos aquecimento parcial do caldo ou outros fins. Entretanto, últimos vasos t ºC mais baixas sangria difícil.

4

10

c) Terceiro Princípio:

“Em todo aparelho no qual se condensa vapor, é necessária extrair

continuamente o acúmulo de gases incondensáveis que ficam,

internamente”.

Prática instalam nos evaporadores dispositivos mecânicos

para a extração dos gases incondensáveis.

11

12

5

13

CONSTRUÇÃO DE UM MÚLTIPLO-EFEITO

Facilidade de construção corpos do sistema (forma, altura, capacidade)

Aparelho4 partes

- Fundo- Calandra- Corpo cilíndrico- Cabeça

Detalhe da cabeça

14

CONSTRUÇÃO TECNICA DE UM EVAPORADOR

V max 5 m/s

15

IMPACTO DE IMPUREZAS

6

CADEIA PRODUTIVA E INCRUSTAÇÕES

ADUBAÇÃO - SOLO

PROCESSO

17

Processos: (a) Mecânico:

tipos: raquete e chicoteflexível

(b) Químico: produtos: NaOH e HCl

de 1 a 2% (2 a 5h)

(c) Biológico: Solução diluída de

melaço de 15 a 20º Bx até cobrir o espelho (fermentação - 15 a 20 dias)

Sistemas de limpeza de tubulações

18

7

19

HIDROJATEAMENTO

20

Relações entre pressões, temperaturas e Brix.

FUNCIONAMENTO DE UM MÚLTIPLO-EFEITO

21

PRODUÇÃO DE VÁCUO

Condensação do vapor produzido na ultima caixa de evaporação

Condensadores Barométricos + Bomba de Vácuo ou Multi-jato

Menor consumo de água – 35 – 40 L/kg vapor a ser condensado

• Produção de vácuo de até 26” Hg ou 0,16 kgf/cm²

• Funcionamento por efeito cascata

• Necessidade de torre de resfriamento de água

(circuito fechado)

• Temperatura da água - 32°C

(grande influência no consumo de água )

• Necessidade de bomba de vácuo ou multi-jato para retirada dos gases incondensáveis

• Instalação – 11 – 12 m (tubo de selo hidráulico)

8

22

PRODUÇÃO DE VÁCUO

Condensação do vapor produzido na ultima caixa de evaporação

Condensadores Multi-jato

Maior consumo de água – 40 - 45 L/kg vapor a ser condensado

• Produção de vácuo de até 26” Hg ou 0,16 kg/cm²

• Funcionamento por injeção de água a 1 kgf/cm²

(Bicos injetores) – Arraste dos gases incondensáveis

• Necessidade de torre de resfriamento de água

(circuito fechado)

• Temperatura da água - 32°C

(grande influência no consumo de água )

• Instalação – 11 – 12 m (tubo de selo hidráulico)

Vapor

Água

23

Cozimento

24

SOLUBILIDADE DE SACAROSE

Solubilidade da sacarose pura em água

Soluções classificadascomo:

caldo cana, xarope e méis - soluções diluídas cristalização - ocorre - solução super-saturadas

Massa Cozida

- A sacarose, a semelhança de outras substâncias químicas, é altamente solúvel em água. Esta solubilidade, entretanto, sofre influência dos sais minerais e açúcar redutor.

- Sais minerais: substâncias melacigênicas negativas- Açúcares redutores: substâncias melacigênicas positivas

De modo geral, os sais minerais tendem a aumentar a solubilidade da sacarose, enquanto o açúcar invertido tende a diminuir.

- Diluída, instável ou não saturada- Concentrada, estável ou saturada- Super concentrada, instável ou super-saturada

Questione-se sobre o caldo de sorgo sacarino!!!

K

9

25

Soluções Supersaturadas de Sacarose

(C1) Coeficiente de supersaturação (C.S.S.)

C.S.S. = S’’ , onde:S’

S’’ = peso da sacarose (partes), dissolvidas em 100 partes de água, de uma solução supersaturada, de pureza R e a temperatura t0C

S’ = peso da sacarose (partes), dissolvidas em 100 partes de água, de uma solução saturada, pura e a temperatura t0C

Valor da C.S.S. Interpretação1 solução saturada

<1 solução não saturada ou diluída>1 solução supersaturada

26

ENERGIA CINÉTICA

27

Crystallization

No control during the processIrregular shape of crystalsLow quality of product

Nucleation and growthSeeds are used

10

28

Sugar Crystalsby Dennis Kunkel Microscopy/sci

by Todd Simpson, UWO

Nanofabrication Facility

nanofab.uwo.ca/

29

30

CSS = 1.0

CSS < 1.0

CSS > 1.0

11

31

Zonas de Supersaturação e a Cristalização

1 - Zona Metaestável (CSS: 1,0 a 1,2)

apenas crescimento dos núcleos cristalinos existentes; não ocorre nucleação ou formação de sacarose como cristal; tendência do coeficiente de supersaturação se aproximar do

limite inferior.

2 - Zona intermediária (CSS: 1,2 a 1,3) crescimento dos cristais existentes; formação de novos núcleos ou de falsos cristais (falso grão); tendência do CSS atingir o limite superior da zona

metaestável.

3 - Zona lábil (CSS: >= 1,3) ocorrência de nucleação espontânea da sacarose; tendência de abaixamento do CSS para limite superior da

zona intermediária.

32

Cozedor à vácuo Intermitente Clássico

33

CRISTALIZAÇÃO DA SACAROSE E O COZIMENTO(NUCLEAÇÃO)

Processo de cozimento

a) Concentração inicial do xarope:

• Funcionamento do vácuo (o condensador e ejetor à vapor, condensador e bomba de vácuo ou simplesmente multijato;

• redução de pressão “aspira” o xarope até cobrir a superfície superior da calandria;

• ajuste (de pressão à 590mmHg (23”) com temperatura de 63ºC;

• concentração gradual do material (perda de água) e compensado pela adição em filete contínuo de xarope ou mel

12

34

b) Nucleação da sacarose

Métodos de

formação

dos cristais

(1) Espera: aparecimento espontâneo de cristais em condição

de supersaturação na zona lábil

• Identificação do ponto: (a) aparelho de controle (índice de

refração, elevação de temp., pureza, etc); (b) observação visual

(velocidade de escorrimento do xarope no vidro da luneta).

(2) Choque: obtida em condições de temperatura mais elevada

(72°C) e sob vácuo (24” - 50cmHg) temperatura cai rápido

( 60cmHg - t = 61ºC) atingida a zona lábil e forma cristais

(3) Indução: conc. zona intermediária introduz com pó de

sacarose (pé de açúcar), para ocorrer a cristalização.

(3.1) Semeadura: insere-se um número de núcleos ,

determinando-se e controlando o tamanho dos cristais. O

crescimento dos cristais mantido na zona metaestável (CSS de

1,1 a 1,2).

35

c) Crescimento dos cristais pela condução do cozimento (levantamento)

Crescimento de cristaiscondição

controle(visual na luneta ou através de equipamentos)

d) Concentração Final

“Aperto” de massa máxima concentração (interferem circulação de massa devido alta viscosidade).

e) Descarregamento

fecha se o vapor e a água de multijato abre-se a “quebra vácuo” e a válvula de descarga

Vazio e temperatura normais.

Alimentação gradual c/ xarope, mel rico e pobre.

36

Obrigado pela Atenção!

Prof. Claudio Aguiar

USP - ESALQDepartamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição

3447-8682claguiar@usp.br

Crystals of white sugar, imagedwith 50x in the FIB-SEM. Kindlyprovided by Todd Simpson,UWO Nanofabrication Facilitynanofab.uwo.ca/