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Diferenças entre os processos de clarificação de caldo de cana-de-açúcarna produção de açúcar branco, Trabalhos de Engenharia de Produção

Trabalho de conclusão de curso comparando os principais metodos de clarificação de caldo para produção de açucar branco

Tipologia: Trabalhos

2012
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Compartilhado em 01/10/2012

RuanGalli
RuanGalli 🇧🇷

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Baixe Diferenças entre os processos de clarificação de caldo de cana-de-açúcarna produção de açúcar branco e outras Trabalhos em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity! CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO ETEC “CORONEL RAPHAEL BRANDÃO” DIFERENÇAS ENTRE OS PROCESSOS DE CLARIFICAÇÃO DE CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR PARA A PRODUÇÃO DE AÇÚCAR BRANCO AUTORES: Adriano José Pires Aruan Carlos Fernandes Balieiro Paulo Gabriel da Silva Ruan Henrique Sant’Ana Galli VIRADOURO 2012 DIFERENÇAS ENTRE OS PROCESSOS DE CLARIFICAÇÃO DE CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR PARA A PRODUÇÃO DE AÇÚCAR BRANCO AUTORES: 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 AGRADECIMENTOS 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. RESUMO: 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 300.000.000 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 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 10 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. 11 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 300.000.000 de libras. Com o crescimento da economia açucareira, os engenhos se espalharam chegando a contar com 400 unidades no século XVII. 1.4 Os engenhos centrais antecedem as usinas. O imperador do Brasil, D. Pedro II 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 300.000.000 toneladas de cana moída anualmente, e mais de 300 unidades produtoras, 17 milhos de toneladas de açúcar e 13 brilhos de litros de 14 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. 15 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. 16 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). 19 que poderia gerar ozônio quando submetidas à alta tensão na presença de oxigênio. Os ozonizadores são formados por um conjunto de células geradoras de ozônio. Segundo PANINKA (2010), eles são reatores que aplicação grandes diferenças de potencial (cerca de 10 KV), na forma de um arco voltaico, sobre uma corrente de ar seco ou oxigênio puro. Na forma de oxigênio puro o custo é maior, mas o rendimento é bem melhor. Figura 3 - Esquema da célula geradora de ozônio A formação de ozônio segue a seguinte reação: 3O2⇄2O3 Usando o oxigênio puro o processo segue como na imagem abaixo: 20 Figura 4 - Fluxograma de ozonização quando se usa oxigênio na alimentação A geração de ozônio a partir do ar necessita de um pré-tratamento do ar. As etapas desse pré-tratamento são: filtração, compressão, resfriamento e desumidificação. A imagem a baixo descreve esse processo: 21 Figura 5 - Fluxograma de ozonização quando se usa ar puro na alimentação O gás ozônio, por ser muito instável, deve ser gerado no local de aplicação. O método mais usado é conhecido por descarga em plasma frio ou efeito corona. Segundo PANINKA (2010), o efeito corona é uma descarga elétrica provocada pela emissão de elétrons gerados por eletrodos de alta tensão. Os eletrodos ficam envolvidos por um campo magnético que ioniza um fluido – normalmente o ar. À medida que a ionização cresce dentro de um determinado raio, o gás ionizado ou plasma, torna-se condutor e pode formar-se uma faísca ou um arco contínuo, denominado arco voltaico. 24 Há sua vantagem de não afetar a saúde do ser humano, é uma ótima opção para ser substituído por alguns processos, o caldo sai com varias vantagens entre todas analises feitas em laboratórios isso comparado com o método de sulfitação, um açúcar mais limpo, não tem preocupação com o meio ambiente por ser inofensiva. Uma grande desvantagem é como sua composição é por meio do bicarbonato de cálcio ele tem um custo bem alto comparado a outros meios de clarificação, outro porem ainda da área financeira é que uma indústria de açúcar e álcool já com outros meio de clarificação quiserem passar para este processo terão que desembolsar uma alta quantia algo não viável. 2.3 Sulfitação Sulfitação, um processo de clarificação do caldo tem a vantagem da diminuição da viscosidade do caldo na ajuda de obter evaporação e cozimento mais rápidos. É pelo fato das próprias indústrias fabricarem estes reagentes de modo simples e objetivo e seu custo ser bem baixo em meios aos outros. Suas desvantagens é que produz, um uso de um gás, obtido pela combustão do enxofre, o SO², como também é chamado de gás sulfuroso, anidro sulfuroso e dióxido de enxofre. O dióxido de enxofre é provocador de chuvas acidas, muito poluente ao meio ambiente destruidor da camada de ozônio e altamente corrosivo (Araújo, 2007). Além do mas tem que se ter um controle bem eficiente a respeito da concentração usada na clarificação, pois este reagente é cancerígeno para os seres humanos e também em altas concentração chega a mudar os aspectos de sabor e odor Tem se também uma barreira muito alta em meio os países importadores de açúcar, pois eles rejeitam o açúcar que sofreu o processo de clarificação por meio do sulfito de enxofre. 25 2.4 Ozonização Como já pode ser visto acima o enxofre meio de clarificação mais utilizado nas indústrias de açúcar, muito nocivo a saúde do homem e também a natureza, por este fato já se pode perceber algumas indústrias o substituindo pelo uso do ozônio. Isto garante tanto ao consumidor final ate o trabalhador que esta neste ramo uma qualidade de vida bem mais saudável, além de reduzir emissões de gases tóxicos poluentes ao meio ambiente. Segundo a gerente da Usina Monte Alegre, Marlene Oliveira, no qual adotou o ozônio para meio de clarificação de seu açúcar, este meio trouxe vários ganhos para a empresa tais como: Uma aplicação mais limpa, qualidade de vida melhor para seus trabalhadores, o açúcar deixou de conter resíduos nocivos a saúde antes provenientes do enxofre, além do mais ela ressalta uma grande chance de exportação ates barrada pelo fato dos resíduos tóxicos antes contidos pelo processo de sulfitação. A clarificação do caldo de cana pelo processo de ozonização trás muitas vantagens são elas:  Sem residual de enxofre no açúcar.  Aumento da produção devido à ação germicida do ozônio, reduzindo a inversão da sacarose por microrganismos contaminantes.  Melhoria do odor e sabor.  Possibilidade de produção de açúcar natural e orgânico.  Possibilidade de enriquecimento vitamínico do açúcar.  Possibilidade de produção de açúcar com cor de 50 a 80 UI. 26  Possibilidade de se obter um açúcar com vitamina A. Para a produção de etanol também há vantagens:  Aumento de rendimento em até 14 litros de etanol por tonelada de mel decorrente da melhoria na fermentação, uma vez que o enxofre é um inibidor para as leveduras e o ozônio é antimicrobiano e controla infecções.  Etanol atinge facilmente padrões internacionais de qualidade exigidos para exportação (Japão e Coréia, por exemplo), como pH neutro, menor condutividade e melhor condição organoléptica (características percebidas pelos sentidos, como odor, cor, sabor etc.). A levedura excedente alcança maior valor de venda, pois possui pouco ou nenhum resíduo de antibiótico e, com alto grau proteico, pode ser utilizada principalmente para produção de ração, Há muitas outras vantagens operacionais proporcionadas quando se usa o ozônio nas usinas:  Diminuição dos custos com a logística e armazenamento de insumos como enxofre, alcalinizastes, bactericidas e antibióticos.  Aumento da vida útil dos equipamentos com a redução da corrosão.  Solução definitiva para problemas de ordem ambiental e de segurança do trabalho. A instalação do sistema de ozonização é de fácil execução, pois se aproveita a coluna de sulfitação ou sistema de multijato já existente, selando apenas a antiga alimentação de gás sulfuroso. Os equipamentos consomem em média 0,5 KWH/tonelada de cana e são projetados para uma vida útil superior a 10 anos.
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