TCC - Diferenças entre os processos de clarificação de caldo de cana-de-açúcar para a produção de açúcar branco (Adriano, Aruan, Paulo G., Ruan)

TCC - Diferenças entre os processos de clarificação de caldo de cana-de-açúcar...

(Parte 1 de 2)

Adriano José Pires

Aruan Carlos Fernandes Balieiro

Paulo Gabriel da Silva Ruan Henrique Sant’Ana Galli

VIRADOURO 2012

Adriano José Pires

Aruan Carlos Fernandes Balieiro

Paulo Gabriel da Silva Ruan Henrique Sant’Ana Galli

Trabalho de Conclusão de Curso apresentada ao curso Técnico em Açúcar e Álcool, ETEC Coronel Raphael Brandão, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Técnico em Açúcar e Álcool.

Orientador: Riberto Carminatti Júnior Flavia Senna Simões

VIRADOURO 2012

Banca Examinadora

Nome Professor

Nome Professor Nome Professor

Dedicatória: Dedicamos este trabalho aos nossos familiares, professores e aqueles que nos incentivaram.

A Deus por ser a sustentação e a maior fonte de incentivo

Aos professores Evandro, Suellen, Adriano, Vinicius, Riberto e Flavia pelo incentivo, dedicação e compreensão.

Aos companheiros de sala pelos grandes momentos vividos dentro da sala de aula.

Aos nossos pais, pois sempre acreditaram em nós. E a todos os nossos amigos que nos apoiaram.

Em Papua Nova Guiné, que o homem teve seu primeiro contato com a cana-de-açúcar. Mas foi no Egito que houve primeira produção em escala industrial, tendo inicio no século IX. No Brasil essa planta chegou no ano de 1530, ao passar de um tempo construíram os primeiros engenhos na capitania de São Vicente, aos poucos foram criando espaços em outros Estados, mas para que a cana transforma-se em açúcar foram construídos equipamentos por os próprios escravos , composto por uma moenda, casa das caldeiras, das fornalhas e casa de purga. Porem após muitas dificuldades e tentativas o Brasil teve uma alta produção junto a Portugal e os holandeses, Os holandeses para não perder lucratividade invadiram o Brasil em 1630, permaneceram lá até o ano de 1654 quando foram expulsos, por este acontecimento fizeram que os holandeses começassem a produção açucareira no Caribe. No Brasil o comercio do açúcar gerou muitos lucros com o crescimento da economia açucareira superou a renda gerada pelo ouro e todos os outros produtos agrícolas juntos chegando a 300.0.0 libras. Nos dias atuais as Usinas de açúcar e álcool já se tornaram uma realidade, pois é um grande peso na balança econômica do Brasil, porem é assunto de muita discussão principalmente pela forma que se é feita a clarificação de seu açúcar, pois é um produto de grande consumo mundial, tendo como seus principais meio a Sulfitação, Bicarbonatação e ozonização. No método de Bicarbonatação constituído por bicarbonato de cálcio utilizado como meio de clarificação do caldo tem como objetivos substituir alguns outros processos, método de Sulfitação é composto por anidro sulfuroso, dióxido de enxofre, e o meio de clarificação mais usado nas usinas de açúcar e álcool. Método da Ozonização, em 1865 foi determinado que o ozônio é uma forma alotrópica do oxigênio, contendo 3 molecas do mesmo. Na temperatura ambiente o ozônio é um gás incolor e altamente estável em qualquer estado e devido essa estabilidade tem um alto teor de desinfecção e oxidação, sendo altamente solúvel em agua. O primeiro equipamento projetado pela ozonização foi desenvolvido pelo químico alemão Werner Von Siemens.

O método da Bicarbonatação ele traz varias vantagens para a clarificação do caldo, para que mostre que seja algo viável para ser substituído por outros meio de clarificação. A Sulfitação diminui a viscosidade do caldo e ajuda na evaporação e cozimento, é um processo considerado barato e de fácil acesso. O método de ozonização traz um processo de clarificação com a vantagem de melhoria na qualidade de vida do consumidor, custo financeiro viável para a usina, e para o meio ambiente não nocivo.

Palavras-chave: Tratamento – Caldo – Processos – Clarificação – Método – Bicarbonatação – Ozonização – Sulfitação

1 INTRODUÇÃO9
1.1 Cana na antiguidade9
1.2 Chegada ao Brasil9
1.3 Monopólio do açúcar10
1.4 Os engenhos centrais antecedem as usinas1
1.5 Novos concorrentes e os desafios para o próximo milênio1
1.6 Meios de Clarificação13
1.6.1 Clarificação13
1.6.2 Processo de Bicarbonatação14
1.6.3 Processo de Sulfitação15
1.6.4 Processo de ozonização17
1.7 Objetivo2
2 DISCUSSÃO23
2.1 Cana no setor sucroalcooleiro23
2.2 Bicarbonatação23
2.3 Sulfitação24
2.4 Ozonização25
3 CONCLUSÃO27

SUMÁRIO 4 BIBLIOGRAFIA ................................................................... 28

Figura 1 - Fluxograma simplificado do tratamento de caldo convencional14
Figura 2 - Coluna de Sulfitação16
Figura 3 - Esquema da célula geradora de ozônio19
20

LISTA DE FIGURAS Figura 4 - Fluxograma de ozonização quando se usa oxigênio na alimentação Figura 5 - Fluxograma de ozonização quando se usa ar puro na alimentação 21 Figura 6 - Esquema do efeito corona ............................................................... 2

9 1 INTRODUÇÃO

1.1 Cana na antiguidade.

Foi em Papua nova guiné que o homem teve seu primeiro contato com a muda de uma planta com a essência de seu doce chamado de cana -de- açúcar. Após um tempo essa muda foi levada ate a Índia, na região do Golfe de Bengala, de onde os registros mais antigos surgiram das suas existências, e benefícios que iria vim com o tempo.

A fabricação de açúcar em escala industrial foi desenvolvida pela primeira vez no Egito, tendo inicio no século IX, e era considerado um produto de grande importância comercial para o consumo interno e para a exportação. Ao chegar reconhecidamente no ocidente, a cana - de - açúcar foi observado por alguns árabes em sua trajetória de conquistas no Egito no sec. X e pelo mar mediterrâneo, em Chipre, na Sicília e na Espanha. Há hipóteses que os egípcios dedicados que eram á química, o desenvolvimento do processo de clarificação do caldo da cana, pelo uso de cinzas e compostos vegetal e animal. O seu desenvolvimento dos métodos de cozimentos obtinham um ótimo açúcar de alta qualidade na época.

Logo que outros países tiveram o reconhecimento do valor comercial, países do continente africano e da América central desenvolveram tecnologias para a produção, assim grandes usinas de açúcar e álcool, foram construídas. Cuba teve como o maior produtor de açúcar do mundo, nessa época.

1.2 Chegada ao Brasil

Com a descoberta do Brasil em 1500, onde se tornaria uns dos maiores produtores dessa cultura, mais foi somente em 1530 que oficialmente teve-se registros de que Martim Affonso de Souza trouce o primeira muda de cana de açúcar que começou a cultivar na capitania de São Vicente, e foi lá onde ele próprio construí seu primeiro engenho de açúcar , logo após em São Jorge do Erasmo. Mas como o registro nos mostra foi no Nordeste do Brasil, nas capitanias de Pernambuco e Bahia que os engenhos ganharam espaços.

Foi um inicio de uma indústria que se casou muito com o Brasil pelo seu clima e solo favorável, tendo uma perpetuação por quase 500 anos.

Com a grande expansão de cana foi se surgindo altos postos em meio a sociedade os “senhores do engenho”, o qual podia disfrutar do mais alto status social. Os engenhos eram formados por grandes áreas de terras ganhadas, cedida pela coroa portuguesa para quem as cultivassem. O senhor junto sua família morava na casa grande, onde desempenhava sua autoridade.

Para que a cana fosse transformada em açúcar, era necessária varias instalações fossem construídas. Esses lugares eram chamados de engenho, era composto por uma moenda, casa das caldeiras, das fornalhas e casa de purga.

1.3 Monopólio do açúcar

Após com muitas dificuldades e tentativas, a produção de açúcar , no brasil ao passar do tempo o Brasil obteve o monopólio mundial da produção, junto com Portugal e também aos holandeses que comercializaram o açúcar, uma elevada lucratividade.

A Europa por ter sua grande riqueza com o ouro e a prata, já demandavam de forma fácil. As dificuldades de abastecimento aos comerciantes holandeses não tardaram e estes decididos a não perderem os lucros da comercialização do açúcar acabaram por invadir o Brasil em 1630, permanecendo em Pernambuco até 1654, quando foram expulsos. Nesse intervalo Portugal assinou vários acordos secretos com os ingleses para assegurarem a proteção da marinha britânica enquanto travavam uma luta para se libertarem dos espanhóis.

Estes acontecidos fizeram que os holandeses, desse iniciativo á produção açucareira no Caribe, e durante ao passar de um tempo os ingleses e franceses, acabando com o monopólio do açúcar do Brasil.

No Brasil a renda obtida pelo comercio do açúcar tenha gerado muitos lucros, bem a mais do que á do ouro e de todos os produtos agrícolas juntos, atingindo uma lucratividade aproximadamente a 300.0.0 de libras.

chegando a contar com 400 unidades no século XVII

Com o crescimento da economia açucareira, os engenhos se espalharam

1.4 Os engenhos centrais antecedem as usinas.

O imperador do Brasil, D. Pedro I era interessado nas novas tecnologias e em 1857 foi elaborado um programa de nova geração da produção de açúcar em um novo conceito produtivo. Assim surgiram os engenhos centrais, onde serviram para moer a cana e processar o açúcar, e o cultivo ficaram por conta dos fornecedores.

Foram aprovados 87 engenhos centrais. Uns dos primeiros estão localizados na região dos campos em 1877, que está em funcionamento até dos dias de hoje, mais poucos tiveram essa sorte.

1.5 Novos concorrentes e os desafios para o próximo milênio

As usinas brasileiras se identificaram de terem o álcool produzido a partir da fermentação do caldo, ou pela produção de méis para produção de açúcar.

Mais com todas as dificuldades da globalização a rápida mudança esta submetida, a indústria brasileira açucareira continua crescendo a lagos passos, são mais de 300.0.0 toneladas de cana moída anualmente, e mais de 300 unidades produtoras, 17 milhos de toneladas de açúcar e 13 brilhos de litros de álcool. As indústrias são modernas e não economizam e equipamentos de ponta elas não se acomoda no passado e busca por novas alternativas como cogeração de energia elétrica. Pode se dizer que as indústrias sucrooalcoleiras são fontes de energia eficiente, limpa e renovável que a cada ano vem quebrando mais barreiras e conquistando a todos.

Nos dias atuais pode–se encontrar facilmente o caldo de cana que é muito apreciado pelas pessoas, pois tem um sabor muito agradável pelo fatos de ser bem doce, além do mais é rico em minerais indicado para pessoas anêmicas, hipertensos e praticantes de atividades físicas pelo fato de ser um produto energético. É bem comum ver sua comercialização em carrinhos adequados e feiras, vem se mostrando um negocio bem lucrativo, esse é o fato em que as empresas estão o produzindo em escala industrial tanto para o comercio interno ou até para a exportação assim como já é feito a muito tempo com o suco de laranja.

(T. MORENO1, D. D. M. STÁBILE2, L. C. CORSO2, S. T. D. DE BARROS3 e E. S. MENDES3 ) 2004-2005

Mas seu uso principal é em agroindústria canavieira que possui importante papel no Brasil, bem como, geração de empregos e produção de produtos essenciais na rotina humana como álcool, açúcar e energia.

Mais há alguns pontos negativos por ser muito criticada principalmente pelos países desenvolvidos, pois sua produção exige grandes áreas para plantação de cana (matéria prima essencial) assim deixando de produzir alimentos.

Outro principal motivo de tanta discussão é com a questão do meio ambiente, as usinas sucroalcooleiras geram diversos resíduos nas suas atividades, utilizam insumos que, durante o processo de produção de seus produtos, prejudicam o meio ambiente e a saúde de seus funcionários e consumidores, como por exemplo, o enxofre (produto mais usado no processo de clarificação do caldo para a produção de açúcar).

Além do mais a cana-de-açúcar contém substancias que proporcionam cor escura ao caldo, tais como: clorofila, antocianina, sacaretina e polifenois, um processo com esses componentes no final resultaria em um açúcar de cor escura.

A fim de melhorar as técnicas de clarificação do caldo-de-cana destinados à produção do açúcar branco, foram desenvolvidos vários métodos, mas poucos são eficientes. As técnicas utilizadas atualmente deixam o açúcar com resíduos que são prejudiciais a saúde do ser humano, como por exemplo, os resíduos de enxofre proveniente do processo de sulfitação, que é o SO2, o principal agente da clarificação. (PANINKA, 2010)

Esse agente é um gás incolor com um odor acentuado e pode causar irritação dos olhos, da garganta e danos ao pulmão quando inalado. Ele tem proporcionado vários danos ao meio ambiente, pois quando escapa para o ambiente ele também reage com o oxigênio e vapor d’água no ar, formando uma névoa de ácido sulfúrico. (PANINKA 2010)

Outro processo que pode ser utilizado é através do uso do gás ozônio no processo que além de produzir açúcar sem a utilização do enxofre, também possui custo inferior a esse último, desta forma o custo de produção do açúcar é reduzido, mas estudos comprovam alguns processos que melhoram tanto a saúde do ser humano quanto, a qualidade do açúcar e também, melhoras ao meio ambiente.

1.6 Meios de Clarificação

1.6.1 Clarificação

O caldo extraído na moenda vem bruto e cheio de impurezas e de cor que varia do amarelado a esverdeado, mais ou menos claro ou escuro. As impurezas mais comuns são terra, areia e bagacilho, podendo também encontrar as solúveis provenientes de corantes e sais minerais. A cor pode variar de tipo de espécie e o tratamento dado a planta durante o cultivo levando em conta o nível de clorofila, antocianinas, sacaretina, e substancias cromogêneas.

Figura 1 - Fluxograma simplificado do tratamento de caldo convencional

O Principal objetivo da clarificação é remover a maior quantidade possível de impurezas em suspenção, sem afetar diretamente na sacarose, inibindo quaisquer substancias percussores de cor.

1.6.2 Processo de Bicarbonatação

No processo de clarificação do caldo da cana, pelo método tradicional da sulfitação, destinado ao açúcar branco, ele nos traz alguns males tanto na saúde do homem quanto no meio ambiente. Por entanto pode-se utilizar o método de bicarbonatação.

O método de bicarbonatação é um processo, vantajoso para a fabricação do açúcar branco, na melhoria de um açúcar melhor, e na saúde e ao meio ambiente, entre tantas outras vantagens.

No processo de bicarbonatação, sua decomposição é de bicarbonato de cálcio [Ca(HCO³)² ] em aquecimento com o carbonato de cálcio, que ira reagir com o dióxido de carbono, formando mais carbonato de cálcio. Esse método foi inventado pelo químico industrial Frederico Dantas.

A clarificação do caldo pelo bicarbonato de cálcio ele tem um custo mais alto comparado com o da sulfitação, por isso não é comum ser usados nas usinas de açúcar e álcool. (Araújo 2007).

1.6.3 Processo de Sulfitação.

Figura 2 - Coluna de Sulfitação .

Segundo a figura 1 método Sulfitação consiste em promover contato entre o caldo e o gás dióxido de enxofre (SO2), eliminando matérias correntes ou transformando-as em matérias incolores.

O dióxido de enxofre, também conhecido por gás sulforoso ou anidrido sulforoso, é produzido em um forno rotativo que queima o enxofre sólido, combinando-o com o gás oxigênio atmosférico: S + O2 SO2.

Após sua geração, esse gás é resfriado a temperaturas menores que 200°C para que não ocorra formação de SO3. O dióxido de enxofre é então enviado para a parte inferior da coluna de sulfitação. O caldo não clarificado é jogado na parte superior da coluna, escoando em ziguezague sobre os pratos perfurados, o dióxido de enxofre é borbulhado em contra corrente, saindo pela parte superior da coluna de sulfitação.

O dióxido de enxofre tem propriedade redutora (com potencial de oxidação E°=0,93V) transformando os sais férricos (coloridos) em ferrosos (incolores).

Além disso, a sulfitação tem ação fluidificante sobre o caldo, pois a redução do pH decorrente de seu uso proporciona a precipitação de certos coloides, diminuindo a sua viscosidade. Isso por sua vez acelera a decantação, diminui o tempo de cozimento, proporciona uma concentração mais rápida do caldo nos evaporadores e melhora a cristalização para produção de açúcar.

(Parte 1 de 2)

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