3 - PRODUCAO DE ACUCAR

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PROCESSOS QUÍMICOS 
INDUSTRIAIS
Profa. Dra. Márcia Regina Baldissera Rodrigues
FLUXOGRAMA DA PRODUÇÃO DE AÇÚCAR
EVAPORAÇÃO DO CALDO
PRODUÇÃO DE AÇÚCAR
• Dentro do processo de fabricação do açúcar as duas etapas que
reconhecidamente apresentam maiores dificuldades de operação são
a evaporação e a cristalização.
• A etapa de evaporação tem grande peso no balanço energético das
usinas de açúcar, pois ao menos tempo que necessita de grande
quantidade de vapor das caldeiras, também gera muito vapor vegetal de
baixa pressão, utilizado por outros equipamentos da usina.
•Quanto à cristalização, sua maior importância é em relação à operação
dos cristalizadores na qualidade do produto final e na economia do
processo produtivo.
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CONCENTRAÇÃO DO CALDO
 O objetivo da evaporação é concentrar o caldo clarificado,
produzindo o xarope com 60 – 70º Brix.
 A concentração do caldo, por motivos técnicos e econômicos é
realizada em duas etapas. A primeira em evaporadores de múltiplos
efeitos aquecidos a vapor, produzindo xarope.
 A segunda etapa realiza-se em evaporadores de simples efeito,
aquecidos a vapor, denominados cozedores. Nestes o caldo entra na
forma de xarope e sai na forma de massa cozida, na qual a sacarose
apresenta-se parcialmente cristalizada.
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FLUXOGRAMA DA 
CONCENTRAÇÃO DO CALDO
PRÉ- EVAPORAÇÃO
 Tem a finalidade de elevar o Brix
do caldo clarificado a +/- 25° Brix e
gerar vapor vegetal a partir da água
existente no caldo.
A quantidade de água removida na
evaporação é cerca de 80% em peso
do caldo ou aproximadamente 70 –
80% do peso da cana.
Evaporador Tipo Roberts
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PRÉ- EVAPORAÇÃO
• Evaporador de tubos verticais, que
trabalha de maneira contínua.
• A superfície de aquecimento situa-se
na parte inferior do corpo do aparelho
e, entre duas chapas (espelhos), estão
fixados os tubos verticais por onde circula
o caldo em concentração.
• O vapor introduzido na calandra
condensa entre os espelhos e
externamente aos tubos cedendo
energia ao líquido que se encontra no
interior do equipamento.
Evaporador Tipo Roberts
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PRÉ- EVAPORAÇÃO
Transmissão de Calor em Tubo de Evaporação
PRÉ- EVAPORAÇÃO
• Devido à intensa ebulição que ocorre
na calandra, gotículas de caldo são
atiradas ao corpo do evaporador.
Parte dessas gotículas cai sobre a
calandra, enquanto que a outra,
representada pelas gotículas menores, é
arrastada pelos vapores ascendentes
resultando numa perda significativa de
açúcar. Quanto maior o vácuo existente no
interior do aparelho, maior o perigo desse
arraste ocorrer.
• Para evitar esta perda, os evaporadores
possuem em sua parte superior um
dispositivo, separador de arraste, que
utilizando a inércia das gotículas, faz com
que estas, mediante uma súbita mudança
na direção do vapor, separem-se dessa
corrente e escorram novamente para o
interior do corpo de evaporação.
Evaporador Tipo Roberts
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EVAPORAÇÃO
O sistema é constituído de três a cinco efeitos, onde o primeiro,
denominado pré-evaporador, tem a sua superfície de troca térmica maior
do que a dos efeitos seguintes. A maior área do pré-evaporador é
proposital para que se tenha um excesso de vapor vegetal produzido
(proveniente da evaporação do caldo), que pode ser extraído (sangrado) e
utilizado em outras etapas do processo, como nos trocadores de calor e
cristalizadores.
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EVAPORAÇÃO
O vapor de escape das turbinas entra no primeiro efeito, condensa,
transfere calor para o caldo que se encontra dentro dos tubos,
ocasionando a evaporação da água (caldo) dentro dos tubos. Este
vapor gerado (vapor vegetal) é utilizado no evaporador (efeito)
seguinte. O evaporador múltiplo efeito é econômico ao usar vapor
vegetal.
O 2º e demais evaporadores são aquecidos pelo vapor vegetal (vapor
produzido pela evaporação de água do caldo) do efeito anterior.
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EVAPORAÇÃO
EVAPORAÇÃO
EVAPORAÇÃO
Tubos de Evaporadores Roberts
Material de construção: aço carbono, latão ou aço inox
Comprimento: 1,60 a 4,5 m
Diâmetro interno: 27 a 46 mm
Espessura: 1,0 a 2,65 mm
Os tubos são mandrilados nos espelhos e desgastam-se
principalmente nas extremidades, próximo aos espelhos. Para
substituição de tubos, aqueles retirados dos primeiros evaporadores
são utilizados nos posteriores, pois em geral estes são menores.
É importante adotar para toda a usina um diâmetro padrão para
tubos e empregá-lo tanto nos aquecedores, como nos múltiplos efeitos.
Quanto mais estreitos são os tubos, mais facilitam a subida do
caldo, porque esta subida depende da proporção entre a superfície de
aquecimento do tubo e sua seção interna.
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EVAPORAÇÃO
Calandra
Situa-se no fundo do evaporador e é constituída de duas placas
perfuradas, uma superior e uma inferior denominadas espelhos, os quais
são interligados pelos tubos.
Existe na calandra um tubo central de diâmetro maior que os tubos
periféricos. Desta maneira, durante a evaporação existem duas correntes
de circulação de caldo, uma ascendente nos tubos periféricos e da
periferia para o centro e uma segunda descendente pelo tubo central.
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EVAPORAÇÃO
Gases Incondensáveis
Em qualquer equipamento que se utiliza vapor como fonte de calor, após
a sua condensação é necessária uma continua retirada de incondensáveis,
pois eles ocupam espaço e impedem a entrada de vapor naquela região,
reduzindo o processo de transferência de calor
Os gases incondensáveis, se acumulam sob o espelho superior,
formando zonas inativas, dificultando a transferência de calor do vapor
em condensação para os tubos.
Tais gases devem ser removidos através de tubos, às vezes
denominados tubos amoniacais.
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EVAPORAÇÃO
Retirada de Gases Incondensáveis
EVAPORAÇÃO
Disposição dos Tubos nos Evaporadores
Os tubos são dispostos em quincôncio nos espelhos dos evaporadores.
Esta disposição permite colocar um número maior de tubos por unidade
de superfície dos espelhos, com uma mesma distância entre os tubos. Os
tubos são alinhados segundo três direções diferentes a 120º (ou os
centros de trêstubos vizinhos formam um triângulo eqüilátero). O vapor
entra na calandra por uma, duas ou mais entradas:
Altura de tubo< 3 m: uma entrada de vapor
Altura de tubo >3 m: duas entradas de vapor
Altura de tubo >>3 m: quatro entradas
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EVAPORAÇÃO
EVAPORAÇÃO
Fatores que influenciam na Eficiência dos Pré – Evaporadores
Incrustações
A formação de incrustações nos evaporadores, pertinentes à parte
interna dos tubos, se deve, principalmente a uma crescente redução de
água no caldo em concentração, esta redução permite aos não
açúcares atingirem, com mais intensidade, nos últimos vasos, a
condição de supersaturação e precipitarem.
A quantidade de incrustações nos evaporadores depende das seguintes
condições:
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EVAPORAÇÃO
 A presença de grande formação de incrustação em
determinadas regiões da calandra, é um dos sintomas
característicos de má circulação do caldo.
 É importante que o nível do caldo seja mantido em
aproximadamente 1/3 da altura dos tubos (mantém o efeito da
pressão no ponto de ebulição do caldo), para proporcionar uma boa
circulação do caldo.
Nível do Caldo muito Baixo: O caldo tende a ferver e não consegue chegar à
parte superior dos tubos, concentrando.
Nível do Caldo demasiadamente Alto: Os tubos ficam submersos e a
evaporação é prejudicada. Proporciona maior arraste e perda de açúcar, e
contaminação do condensado para as caldeiras.
 Se a tubulação da evaporação não estiver limpa, a incrustação
se formará rapidamente; se estiver com a superfície dos tubos
lisa, não ocorrerá depósito.
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EVAPORAÇÃO
Causas de uma Evaporação Deficiente
•Temperatura baixa caldo clarificado alimentando os pré - evaporadores 
(<105 ºC)
•Tubos incrustados
•Tubos furados ou soltos
•Remoção de condensados deficiente
•Remoção de gases incondensáveis deficiente
•Tubos operando com nível incorreto de caldo 
•Baixo vácuo no último efeito
•Baixa pressão do vapor de escape das turbinas
•Partidas e paradas frequentes
•Variações na vazão de caldo
•Vazão de caldo acima do projetado (moagem elevada) 
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EVAPORAÇÃO
Métodos de Limpeza
a) Limpeza mecânica: Efetuada com rasquete ou roseta rotativa.
roseta rotativa
EVAPORAÇÃO
Métodos de Limpeza
EVAPORAÇÃO
Métodos de Limpeza
b) Limpeza com Jato de Água sob Alta Pressão
EVAPORAÇÃO
Métodos de Limpeza
c) Limpeza Química CIP (Clean In Place)
Encher os tubos com solução 2 a 3% de NaOH, ferver por várias 
horas e lavar em seguida com água;
Evetualmente pode-se após o tratamento com soda, lavar com
solução 2% HCl
EVAPORAÇÃO
Transformações Físico-químicas no Caldo durante a Evaporação
Formação da Cor
É maior no primeiro evaporador onde a temperatura é mais alta.
É causada por uma circulação deficiente do caldo na calandra e
altos tempos de retenção.
Quando o vácuo é baixo, a temperatura de sistema sofre uma
elevação, aumentando a formação de cor.
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EVAPORAÇÃO
Diminuição do pH
Durante a evaporação é comum um decréscimo no pH de valores
próximos a 0,3 e não deve ultrapassar uma queda de 0,5.
Como exemplo: pH do caldo clarificado 6,9 e do xarope 6,5.
Este decréscimo é proporcional ao tempo de retenção na evaporação.
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EVAPORAÇÃO
Pureza do Xarope
Quando há uma queda nesta pureza, é uma indicação de inversão de
sacarose, causando perdas indesejáveis.
Perdas por inversão, tanto mais elevadas quanto mais altas forem a
temperatura e a acidez. Acima de 100ºC, a inversão aumenta muito e
fica proibitiva acima de 125 -130ºC.
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FLUXOGRAMA DA 
CONCENTRAÇÃO DO CALDO
FLOTAÇÃO
O flotador tem como função eliminar parte da cor, materiais em
suspensão e impurezas que passam pela decantação e pelos
evaporadores.
Os equipamentos que compõem um flotador de xarope são:
• Caixa cilíndrica de aço carbono geralmente com pintura em epóxi.
• Raspadores em sua superfície, também uma caixa com saída de 
xarope.
• Aquecedores de xarope, que são do tipo tubular e estão dispostos 
na horizontal, ou aquecedores diretos. 
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FLOTAÇÃO
A flotação é um processo de separação sólido-líquido e líquido-
líquido onde os materiais em suspensão são aderidos a bolhas de ar
(ou outro gás), tornando-os mais leves que o meio em que se
encontram.
Os flocos formados tendem a flutuar na superfície do meio, de
onde são removidos na forma de um lodo ou espuma.
A flotação de xarope envolve as etapas principais:
condicionamento, ajuste de temperatura, aeração, macrofloculação e
separação de fases.
A etapa inicial de condicionamento consiste no "preparo" das
partículas presentes no meio para a flotação, através de um ou
mais processos físico-químicos, que tornam essas partículas
hidrofóbicas (aversão à água), forçando a sua precipitação na forma
de pequenos flocos (microflocos) de separação mais fácil.
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FLOTAÇÃO
A etapa de aquecimento acelera as reações de condicionamento e reduz
a viscosidade do meio.
A seguir, tem-se a etapa de aeração, onde é feita a adição de microbolhas
de ar que vão se unir às partículas a serem separadas do meio tornando-
as menos densas que o líquido e, portanto, propensas a flotação.
O tamanho e quantidade de bolhas de ar geradas são fundamentais para
o bom desempenho do processo:
O ideal é que as bolhas de ar e as partículas tenham tamanhos
semelhantes, variando entre 10 e 200 micra.
Abaixo de 10 micra a flotação é muito lenta e, pela hidrodinâmica do
líquido, o contato entre bolhas e partículas é mais difícil.
Acima de 200 micra, as bolhas são grandes e causam turbulência no
líquido, dificultando o contato com as impurezas.
Sistemas de aeração inadequados comprometem o desempenho de toda
a unidade de flotação, consistindo em uma das deficiências mais usuais
observadas nas unidades de flotação existentes.
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FLOTAÇÃO
Uma etapa complementar de macrofloculação é necessária para agrupar
as partículas (ou microflocos) com as bolhas de ar, formando grandes
flocos (macroflocos) de baixa densidade. Isto ocorre com a adição de um
agente floculante, que provoca a aglomeração de várias partículas em um
floco.
A separação das fases é realizada em um tanque flotador, onde as
partículas ou flocos menos densos que o líquido encontram condições
favoráveis para se deslocar em relação ao líquido, acumulando na
superfície como uma densa espuma (lodo) que é removida por
raspadores mecânicos de superfície.
Tal remoção deve ser adequada para manter uma camada de lodo ideal
que favoreçaa concentração das impurezas sem ocasionar a destruição
dos flocos flotados. Após a remoção dessa espuma, tem-se uma fase
líquida isenta de partículas e flocos.
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FLOTAÇÃO
FLOTAÇÃO
Os sólidos em suspensão, mais leves que o xarope, 
flotam para a superfície, enquanto o xarope clarificado 
direciona-se para o fundo dos flotadores. No interior dos 
flotadores, os raspadores de superfície removem o lodo 
flotado para as calhas de lodo
FLOTADORES
FLOTADORES
FLOTADORES