Reunion engenharia ltda

Transcrição

1 engenharia ltda A tecnologia tem sido um bem maior da humanidade. Permite abrigo, alimento, saúde e lazer. Utilizar a tecnologia de forma adequada é nossa missão

2 Curso TRATAMENTO DO CALDO Antonio Roberto P De Andrade Tercio Marques Dalla Vecchia OUTUBRO

3 TRATAMENTO DO CALDO Conteúdo. 1. Terminologia e conceitos. 2. Objetivo e considerações. 3. Peneiramento e hidrociclones 4. Regeneração. 5. Sulfitação. 6. Queima e preparo do leite de cal. 7. Dosagem e adição de polieletrólito. 8. Aquecimento do caldo. 9. Flasheamento. 10. Decantação e peneiramento de caldo clarificado. 11. Filtração do lodo. 12. Captação de bagacilho. 13. Apêndices. 14. Referências. 3

4 ALGUNS CONCEITOS Cana-de-açúcar industrial: Matéria prima entregue na indústria e constituída por colmos de cana com palha e outros restos vegetais (impurezas vegetais) e outras matérias estranhas como: terra, areia, etc (impurezas minerais). É o material que a usina verdadeiramente processa, em contraponto com a cana do ponto de vista agronômico. Caldo: Parte líquida da cana-de-açúcar. O caldo absoluto é constituído de toda água e todas as substancias em solução presentes na cana. Sacarose: Substância quimicamente pura de fórmula C 12 H 22 O 11. Etanol (Álcool): Substância química denominada álcool etílico, de fórmula C 2 H 5 OH. Açúcar: Sólido cristalino, orgânico, constituído basicamente por cristais de sacarose, envolvidos, ou não, por uma película de mel de alta ou baixa pureza. Açúcares redutores: Geralmente são monossacarídeos, em especial glicose e frutose, que tem a propriedade de reduzir o Licor de Fehling. 4

5 ALGUNS CONCEITOS Fibra: Matéria insolúvel em água, contida na cana-de-açúcar. Bagaço: Resíduo da cana após a extração do caldo. No processo de extração por moendas, cada terno tem o seu bagaço. No caso de extração por difusor existe o bagaço do difusor e dos elementos de secagem do bagaço. Bagacilho: Pequenas partículas de fibra, separadas do bagaço final e utilizadas como auxiliar de filtração no tratamento do lodo. Brix: Porcentagem em massa de sólidos solúveis contida em uma solução de sacarose quimicamente pura. Pol: Porcentagem em massa de sacarose aparente, contida em uma solução açucarada de peso normal, determinada pelo desvio provocado pela solução no plano de vibração da luz polarizada. Pureza aparente: Relação entre a Pol e o Brix, expressa em porcentagem. 5

6 ALGUNS CONCEITOS Transmitância:T =I 2 /I 1, Onde I 1 é a luz incidente e I 2 é a luz transmitida Transmitância relativa (Ts): Relação entre a transmitância da solução e a do solvente puro Absorbância: As= -log Ts Índice de Atenuação ou de absorbância: (-log Ts)/ (bxc) onde b é o comprimento da cubeta e c é a concentração em g/cm 3 da solução Cor Icumsa: É o índice de atenuação multiplicado por É uma medida da luz absorvida pela solução, referida a luz incidida na solução. Utiliza-se solução filtrada para análise. Turbidez: É a medida da luz que se dispersa em uma solução. É calculada medindo-se o índice de atenuação antes e depois da filtração da amostra. Cor Total: É a soma da cor e da turbidez. Calculada medindo-se o índice de atenuação sem a filtração da amostra. 6

7 OBJETIVO E CONSIDERAÇÕES. O caldo obtido através da operação de extração é um líquido complexo contendo materiais em suspensão (impurezas minerais e vegetais, compostos coloidais e insolúveis) e materiais dissolvidos (sacarose, açúcares redutores e sais minerais). Impurezas minerais : areia e argila. Impurezas vegetais : bagacilho. O caldo também contém ar. A composição do caldo depende de uma série de fatores : - variedade da cana e estágio de maturação; - solo e adubação; - clima; - tempo entre queima, corte e moagem; - tipo de colheita; - conteúdo de pontas e palha 7

8 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO CALDO Faixas de variação para a composição química do caldo - água 75 a 88 % - sacarose 10 a 21 % - açúcares redutores 0,3 a 2,5 % - não açúcares (orgânicos) 0,5 a 1,5 % (proteínas, amido, ceras, corantes) - não açúcares (inorgânicos)0,2 a 0,7 % (sais) - sólidos totais (Brix) 12 a 23 % - ph 4,7 a 5,6 ( canas sadias = ph maiores) 8

9 TRATAMENTO DE CALDO O tratamento do caldo consiste em submetê-lo a uma série de passos que envolverão ações físicas (peneiramento, aquecimento, flasheamento) e químicas (reações promovidas pela adição de produtos químicos). Os objetivos do tratamento de caldo são diferentes em função do produto que se quer obter: 1.açúcar demerara ou VHP; 2. açúcar orgânico; 3. açúcar cristal branco 4. álcool. 9

10 TRATAMENTO DE CALDO Para açúcar VHP ou demerara os seguintes objetivos devem ser alcançados: - máxima eliminação de não açúcares; - máxima eliminação de colóides; - baixa turbidez; - mínima formação de cor - máxima taxa de sedimentação; - mínimo volume de lodo; - mínimo conteúdo de cálcio no caldo; - ph do caldo adequado, evitando-se a inversão da sacarose ou a decomposição dos açúcares redutores. Para cristal, além dos itens acima, adiciona-se sulfito com o o objetivo de destruir produtos que causam cor. Para açúcar orgânico deve-se utilizar apenas produtos químicos permitidos pela certificadora 10

11 TRATAMENTO DE CALDO Para álcool os seguintes objetivos devem ser alcançados: - máxima eliminação de bagacilho; - máxima taxa de sedimentação; - mínimo volume de lodo; - mínimo conteúdo de cálcio no caldo; - ph do caldo adequado, evitando-se a decomposição dos açúcares redutores; - baixa taxa de contaminação bacteriana; - mínima eliminação de nutrientes. 11

12 TRATAMENTO DE CALDO TRATAMENTO DE CALDO QUASE PADRÃO PENEIRAMENTO PRIMEIRO AQUECIMENTO SULFITAÇÃO (SÓ PARA AÇÚCAR BRANCO) CALAGEM SEGUNDO AQUECIMENTO FLASH DECANTAÇÃO 12

13 13

14 REAÇÕES NA CLARIFICAÇÃO Mudança de ph pela adição de leite de cal. Coagulação de colóides. Formação da sais insolúveis de cálcio. Precipitação de sais insolúveis. A cal neutralizará os ácidos orgânicos e, após o aquecimento, formará um precipitado de composição complexa contendo : - sais insolúveis; - proteínas coaguladas pelo calor; - ceras e gomas. Ácidos orgânicos presentes no caldo: aconítico, cítrico, oxálico, fórmico, etc. Sais inorgânicos presentes no caldo: Cátions: K, Ca, Fe, Al, Na, Mg, Mn, Cu, Co, Zn, Bo etc. Ânions: Fosfatos, cloretos, sulfatos, Nitratos, Silicatos etc. 14

15 REAÇÕES NA CLARIFICAÇÃO O principal precipitado formado é o fosfato de cálcio que, na decantação, arrastará consigo a matéria coloidal. Desta forma, é necessário um teor mínimo de fosfato no caldo a 350 ppm. Para a produção de açúcar cristal branco também é necessária a participação do (SO 2 ), enxofre, pois o sulfito de cálcio formado agirá de forma semelhante ao fosfato de cálcio, arrastando consigo, na decantação, partículas em suspensão existentes no caldo. Paralelamente, o sulfito (ácido sulfuroso) tem características descolorantes. Para a produção de etanol não é recomendada a utilização do processo de sulfitação devido à ação microbiocida do sulfito, que pode prejudicar a fermentação. A calagem é realizada com ph menores. A FORMAÇÃO DA REDE DE PRECIPITADOS É QUE PERMITE A REMOÇÃO DOS COLÓIDES 15

16 REAÇÕES INDESEJÁVEIS INVERSÃO DA SACAROSE Decomposição da Sacarose em meio ácido SACAROSE + ÁGUA GLICOSE + FRUTOSE C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 Quanto mais baixo o ph maior a inversão Quanto mais alta a temperatura maior a inversão 16

17 REAÇÕES INDESEJÁVEIS DECOMPOSIÇÃO DO AÇÚCAR EM MEIO ALCALINO É MUITO MAIS BRANDA DO QUE EM MEIO ÁCIDO. APENAS ACIMA DE 80C A SACAROSE SE DECOMPÕE EM GLICOSE E FRUTOSE ACIMA DE PH 10 A SACAROSE SE DECOMPÕE EM DIVERSOS PRODUTOS FORMADORES DE COR 17

18 REAÇÕES INDESEJÁVEIS DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DA SACAROSE O aquecimento demorado até 140 C ou acima provoca a destruição intensa da sacarose, formando gás carbônico, ácido fórmico, água, trissacarídeos e pigmentos (caramelo). Quanto mais impura a solução de sacarose maior a formação de cor pela decomposição térmica. 18

19 REAÇÕES INDESEJÁVEIS DECOMPOSIÇÃO BIOQUÍMICA DA SACAROSE Principais reações bioquímicas Inversão da sacarose pela Invertase (30 a 40C) Produção de ácidos orgânicos por microrganismos, principalmente láctico (30 a 65C) Produção de dextrana por microrganismos (20-30 C) 19

20 REAÇÕES INDESEJÁVEIS REAÇÕES DOS AÇÚCARES REDUTORES Decomposição química: Sempre com grande formação de cor, principalmente altas temperaturas e ph Reação de Maillard: reação com aminoácidos formadores de cor intensa Decomposição bioquímica: formação de álcool, ácidos e outros produtos 20

21 CONCLUSÃO: HÁ DIVERSOS COMPROMISSOS ENTRE TEMPERATURA, PH E TEMPO DE TRATAMENTO PARA SE OBTER UMA BOA CLARIFICAÇÃO DO CALDO. 21

22 TRATAMENTO MECÂNICO PENEIRAS CUSH-CUSH DSM VIBRATÓRIAS ROTATIVAS ELIMINADORES DE AREIA HIDROCICLONES SEPARADORES DE AREIA 22

23 CUSH - CUSH Os sólidos presentes no caldo são retidos sobre as telas, sendo posteriormente removidos por raspas (taliscas com rodo de borracha). apresentam desempenho razoável, que melhorou muito com a adoção de telas do tipo Johnson (tela perfurada : 0,7-2,0 mm / barras : abertura : 0,7 mm); possui peças móveis - desgaste/manutenção; difícil limpeza - favorece o aparecimento de focos de microrganismos capacidade: 0,05 a 0,1 m2/tonelada de cana potência: 5 a 10 HP 23

24 CUSH - CUSH 24

25 DSM Sua tela é composta por barras de seção triangular, dispostas perpendicularmente em relação ao sentido do fluxo de caldo. O caldo flui pela superfície da tela, cujo perfil, associado à forma da seção transversal das barras, acelera o líquido tangencialmente em relação às partículas. Este fato permite a esta peneira remover partículas menores que sua própria abertura. pouca manutenção; fácil limpeza; capacidade varia com o espaçamento entre as barras; abertura : 0,7-0,5-0,35 e 0,2 mm; inclinação : 45 graus capacidade: 60t/h por m linear ( 0,7mm) 25

26 VIBRATÓRIAS Sua vibração permite o tratamento de grandes quantidades de caldo em pequenas áreas de peneiramento. vibração - rompimento de telas - manutenção; aberturas : 0,2 a 0,6 mm; inclinação : 15 a 35 graus; Frequência de vibração: 600 vpm Capacidade: 0,03 a 0,06 m 2 /tc Potência2a5HP 26

27 PENEIRAS ROTATIVAS Constam de uma estrutura cilíndrica formada pelo próprio elemento filtrante (telas de barras trapezoidais dispostas longitudinalmente). Esta estrutura cilíndrica, inclinada a 6 graus, em movimento rotativo recebe o caldo a ser peneirado tangencialmente, através de calha interna. -pequeno espaço para instalação (grande capacidade) -facilidade de limpeza - automática (água 75 o C/2,0 kgf/cm 2 ); -baixa rotação/baixo consumo de potência;(10 rpm, 1 a 3 HP) -aberturas : 0,5 mm. 27

28 PENEIRAS ROTATIVAS 28

29 PENEIRAS ROTATIVAS 29

30 ASSEPSIA Toda instalação para peneiramento de caldo deve contar com infra-estrutura e expedientes de operação que procurem garantir uma boa condição de limpeza e assepsia, para se minimizar a propagação de microrganismos. Os microrganismos dão origem a produtos indesejáveis (ácidos orgânicos e polissacarídeos, como a dextrana) com efeitos negativos no processo, comprometendo performance e rendimento. Estes cuidados são extremamente facilitados nas instalações de peneiras rotativas, que permitem a sua automatização, mas que não dispensam a atenção do pessoal da operação. Antissépticos podem ser usados em tratamento contínuo ou dosagens de choque, mas água quente e escova podem fazer uma grande parte do trabalho. - escolha do produto; - definir pontos de dosagem; - acompanhamento microbiológico. 30

31 REGENERAÇÃO A utilização de correntes quentes que necessitam ser resfriadas para aquecer correntes frias que precisam ser aquecidas é uma das melhores formas de economia de vapor. Nas usinas de açúcar e etanol, são comuns as seguintes correntes: Frias (que precisam ser aquecidas): Caldo misto; Caldo filtrado para reincorporação ao processo; Caldo clarificado antes da evaporação; Vinho após a centrifugação. Quentes: Vinhaça; Condensados; Caldo (mosto) para a destilaria; Vapores alcoólicos das colunas; Vapor dos últimos efeitos e dos cozedores. 31

32 REGENERAÇÃO Exemplos : caldo clarificado para fermentação pré-aquecendo o caldo misto enviado para o tratamento de caldo da destilaria; caldo clarificado : resfriado de 95 o C para 50 o C; caldo misto : aquecido de 30 o C para 75 o C. vinhaça pré-aquecendo o caldo misto enviado para o tratamento de caldo para fabricação de açúcar. vinhaça : resfriada de 90 o C para 64 o C; caldo misto : aquecido de 35 o C para 50 o C. pode-se utilizar condensados ou qualquer corrente com temperaturas apropriadas 32

33 REGENERAÇÃO 33

34 REGENERAÇÃO REGENERAÇÃO POR CONTATO DIRETO 34

35 SULFITAÇÃO Utilizado para a produção de açúcar cristal branco direto. A sulfitação consiste em promover o contato do caldo com o gás sulfuroso (SO 2 ), para sua absorção. A sulfitação tem por finalidade a : - redução do ph, auxiliando a precipitação e remoção de proteínas do caldo; - diminuição da viscosidade do caldo e consequentemente do xarope, massas cozidas e méis; - formação de complexos com os açúcares redutores, impedindo a sua decomposição e controlando a formação de compostos coloridos em alcalinidade alta; - preservação do caldo contra alguns microorganismos; - prevenção do amarelecimento do açúcar cristal branco, por algum tempo, durante o armazenamento. Dentre todas as funções da sulfitação, a mais importante fica por conta de sua ação inibidora da formação de cor. 35

36 GÁS SULFUROSO (SO 2 ). O gás sulfuroso, ou dióxido de enxofre (SO 2 ), é obtido pela combustão direta do enxofre sólido. S (enxofre) + O 2 (ar) SO 2 Esta reação ocorre a 363 o C e libera 2217 kcal/kg de enxofre reagido. Como esta reação se processa com excesso de ar e sendo este ar úmido, pode ocorrer a reação complementar de formação de gás SO 3, precursor da formação de ácido sulfúrico. O excesso de ar é tal que se consegue nos gases uma concentração de cerca de 12 a 14% de SO 2. A reação complementar para SO 3 se processa idealmente entre 400 e 500 o C, portanto, o resfriamento rápido do gás de combustão a valores abaixo de 200 o C, logo após a sua formação, minimiza a formação de SO 3. 36

37 GÁS SULFUROSO (SO 2 ). OSO 3, além de permitir a formação de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) responsável por corrosão das partes metálicas dos equipamentos, permitirá, em reação com a cal, a formação do sulfatodecálcio(caso 4 ), o qual é mais solúvel do que o sulfito de cálcio (CaSO 3 ), sendo o primeiro e principal causador de incrustações nos evaporadores. AformaçãodeSO 3 acarreta : - aumento dos teores de sais no caldo; - consumo adicional de enxofre. O processo deve então ser conduzido no sentido do favorecimento da formação do SO 2, que na reação com a cal formará sulfito de cálcio (CaSO 3 ), muito menos solúvel que o sulfato de cálcio (CaSO 4 ) e que, por isso, precipitará, sendo removido na decantação. 37

38 GÁS SULFUROSO (SO 2 ). Investigações sobre solubilidade e precipitação do sulfito de cálcio (CaSO 3 ) mostraram que a reação de cristalização atinge seu máximo a temperaturas entre 70 e 75 o C. A 70 o Ca precipitação do CaSO 3 é quase que instantânea. Deste fato nasceu a sulfitação a quente, que visa o aumento da velocidade da reações de cristalização do sulfito de cálcio, visando sua precipitação antes de sua passagem pelos tubos dos aquecedores e evaporadores, que certamente incrustariam de forma mais intensa. Atenção : a temperatura do caldo não deve ser elevada a valores maiores do que o estritamente necessário (70-72 o C), porque, valores acima aumentarão a taxa de inversão de sacarose e a velocidade de decomposição de açúcares redutores, com formação de cor. 38

39 SULFITAÇÃO Variações no processo de sulfitação. - sulfitação a frio : o caldo misto é sulfitado a ph = 3,8 a 4,2; segue-se dosagem com cal a ph = 7,0; aquecimento a 105 o C; flash; decantação. - sulfitação a quente : o caldo misto é aquecido a o C sulfitado a ph = 3,8 a 4,2; segue-se dosagem com cal a ph = 7,0; aquecimento a 105 o C; flash; decantação. O processo a quente deve ser o preferido pelas razões acima expostas. 39

40 SULFITAÇÃO FORNO DE ENXOFRE A maioria das usinas utiliza fornos rotativos para a queima de enxofre sólido. A alimentação dos fornos rotativos deve ser a mais contínua possível. Antigamente a alimentação era manual e precária. Hoje, vários sistemas foram desenvolvidos para alimentação controlada, alguns disponíveis no mercado, inclusive com inversor de frequência (moega com rosca alimentadora). Atenção à qualidade do enxofre, que precisa ser granulado ou, no mínimo, peneirado. A capacidade dos fornos existentes se situa ao redor de 25 a 28 kg de S/m 2.h. É interessante que a rotação do forno seja variável, para controle da queima. A eficiência de queima pode ser controlada pelo consumo de enxofre, por exemplo, em g/saco de açúcar. (Variação 60g a 200 g/saco) 40

41 SULFITAÇÃO Pode-se utilizar enxofre atomizado com ar comprimido aumentando a eficiência da combustão Pode-se utilizar enxofre derretido e injetado em queimadores com ar comprimido como os de óleo combustível Pode-se utilizar SO 2 líquido. Extremamente limpo, simples mas caro. Nestes três casos elimina-se a coluna de absorção já que a absorção pode ocorrer sob pressão em um misturador em linha na tubulação. 41

42 SULFITAÇÃO FORNO DE ENXOFRE FORNO ROTATIVO DE ENXOFRE 42

43 SULFITAÇÃO QUEIMA DO ENXOFRE 43

44 SULFITAÇÃO Queimador com atomizador e ar comprimido 44

45 SULFITAÇÃO CÂMARA DE SUBLIMAÇÃO. O nome destas câmaras deveria ser câmara de combustão, pois nela se completa a combustão do enxofre. Seu volume deve permitir um tempo de residência (contato) suficiente para conclusão da reação entre o enxofre vaporizado e o ar. Por este fato o volume destas câmaras, geralmente, está aquém das reais necessidades. Para garantir a combustão completa do enxofre, estas câmaras devem ter um volume de cerca de : Volume da câmara = 1,7 m 3 / t de enxofre queimado/dia A área de instalação do sistema de queima de enxofre deve, preferencialmente, ser abrigada por cobertura para proteção contra chuva. 45

46 SULFITAÇÃO Camisa de resfriamento e tubulações de gás. As camisas devem ser dimensionadas para permitir o controle da temperatura do gás entre 180 e 200 o C. Abaixo de 200 o C para diminuir aformaçãodeso 3 e acima de 120 o C para evitar empedramento. As tubulações de gás devem dispor, em suas curvas, de portas de visita, para facilitar o acesso para limpeza e desobstrução. 46

47 SULFITAÇÃO 47

48 SULFITAÇÃO Sistemas para absorção do SO 2 no caldo. a) Ejetores e Multijatos Menor investimento inicial. Tiragem via bombeamento. Necessitam pressão constante, portanto vazão constante. A recirculação é necessária - custo adicional de energia elétrica e de instalações de bombeamento. Custo adicional de manutenção devido a desgaste acentuado por processar caldos não tratados 48

49 SULFITAÇÃO ABSORÇÃO DE SO 2 POR MULTIJATO 49

50 SULFITAÇÃO COLUNA DE SULFITAÇÃO Instalação muito simples e de fácil manutenção. Tiragem via ventoinha e Venturi, exaustor (resina) ou ejetor a vapor em seu fundo. Grande capacidade para absorver variações na vazão de caldo. Instalação pode trabalhar sem necessidade de supervisão constante 50

51 SULFITAÇÃO 51

52 SULFITAÇÃO 52

53 PREPARO DO LEITE DE CAL. Com a queima da cal transformaremos a cal (CaO) em uma suspensão de hidróxido de cálcio [Ca(OH) 2 ], chamada de leite de cal. CaO + H 2 O => Ca(OH) ,2 Kcal A forma mais adequada de recebimento e armazenamento de cal virgem é a em big-bags. Quando recebida a granel a cal virgem deve ser imediatamente queimada, não se permitindo seu armazenamento ao ar livre. O ar contém umidade e gás carbônico (CO 2 ) que promoverão a hidratação e a carbonatação da cal, diminuindo o teor de CaO útil. A queima pode ser feita em piscinas, tanques e equipamentos especialmente projetados para esta finalidade. A queima em piscinas produzirá uma pasta com cerca de 15 o Bé, sendo posteriormente enviada aos tanques de diluição para correção da concentração a 4 a 6 o Bé, constituindo-se no chamado leite de cal, adequado à adição direta ao caldo, via controle automático. 53

54 PREPARO DO LEITE DE CAL. TABELA Bé x Densidade de CaO no leite de cal 54

55 PREPARO DO LEITE DE CAL. Com cal pelotizada ou micropulverizada a operação de queima ficou extremamente simplificada e eficiente. Uma instalação bem projetada, fazendo uso de moega, rosca e tanques agitados queima cal micropulverizada com 100 % de eficiência - sem perdas. Esta cal tem sido fornecida sem contaminantes do tipo : areia, pedregulhos, pregos, pedaços de madeira etc. A cal micropulverizada permite seu armazenamento em big-bag s - depósito coberto e fechado lateralmente - com possibilidade de manutenção de uma área de queima organizada, limpa e sem desperdício. Para preparo de sacarato esta concentração pode ser mais alta - 10 o Bé. 55

56 PREPARO DO LEITE DE CAL. Considerações práticas : - a instalação deve permitir e os operadores devem procurar produzir o leite de cal, ou sacarato, numa solução de concentração sempre o mais uniforme possível, o que se traduzirá em melhor desempenho dos sistemas de controle; - a água utilizada para queima deve ser limpa e isenta de impurezas solúveis; - água quente melhora a eficiência de queima; - a quantidade de água deve ser de 3,5 a 4,0 vezes o peso da cal; - a cal hidratada deverá permanecer em repouso por, pelo menos, 4 horas após a queima; - partículas de dimensões menores facilitam a queima; - peneirar o leite de cal antes de seu envio ao processo - abertura 1,2 mm; - manter o leite de cal em recirculação para evitar sedimentação e entupimento das tubulações; 56

57 PREPARO LEITE DE CAL 57

58 PREPARO DO LEITE DE CAL. 58

59 PREPARO DO LEITE DE CAL. Hidratador de Cal 59

60 PREPARO DO LEITE DE CAL. 60

61 USO DE MgO O óxido de magnésio pode ser utilizado no lugar do óxido de cálcio com os mesmos efeitos. A cal dolomítica contém : Oxido de calcio: 58% Oxido de magnesio: 28-33% Silicatos: 2% max. Óxidos metálicos: 0.5% max. Vantagens: menor incrustação Desvantagens: custo + maior tempo de reação (+- 20 minutos) Qualidade do caldo é parecida. 61

62 DOSAGEM A dosagem, ou calagem, é a operação de adição do leite de cal, ou sacarato, ao caldo em tratamento, elevando seu ph até o valor desejado. Funções da dosagem : - neutralização da acidez do caldo; - corrigir o ph até o valor desejado : 7,0 a 7,2; - reação com os ácidos orgânicos presentes no caldo; - precipitação dos colóides presentes no caldo; -formaçãodeca 3 (PO 4 ) 2 edecaso 3, quando o caldo é sulfitado; - floculação e arraste de partículas em suspensão. 62

63 DOSAGEM DOSAGEM A FRIO COM LEITE DE CAL. - caldo misto (30 o C, ph=5,4) é dosado a ph=7,0 em tanque (tempo de residência de 15 minutos); - aquecido a 105 o C; - balão de flash; - decantação. Vantagem : - menor inversão pelo aquecimento a ph=7,0. Desvantagens : - aumenta a ocorrência de incrustações; - decompõe açúcares redutores. 63

64 DOSAGEM DOSAGEM FRACIONADA COM LEITE DE CAL. Caldo misto (30 o C, ph=5,4) dosado a ph = 6,2 a 6,4; - aquecido a 105 o C; - balão de flash; - dosado a ph=7,0 no balão de flash; - decantação. Vantagens : - melhor controle de ph; - formação de incrustações é reduzida; - reduz corrosão dos equipamentos devido ao manuseio do caldo em reação menos ácida. Desvantagens : - duas adições de cal. 64

65 DOSAGEM DOSAGEM COM LEITE DE CAL A QUENTE - caldo misto (30 o C, ph=5,4) é aquecido a 105 o C; - balão de flash; - dosado a ph=7,0 no balão de flash; - decantação. Vantagens : - alta velocidade de reação (praticamente na temperatura. de ebulição); - não há tanques de dosagem (não há tempo de retenção, diminuindo os efeitos da ação bacteriana); - formação de incrustações é reduzida; - melhora a precipitação de colóides; - maior velocidade de sedimentação. Desvantagens -sérios riscos de não ocorrer a reação adequadamente gerando lodo com alto ph e caldo com baixo ph - aumenta a inversão da sacarose pelo aquecimento em meio ácido; - maior corrosão dos equipamentos devido ao manuseio do caldo em reação ácida. 65

66 DOSAGEM Dosagem com sacarato de cálcio : O sacarato de cálcio é obtido pela mistura 7 partes de sacarose para 1 parte de óxido de cálcio (CaO). Esta proporção, e a adição do leite de cal no xarope, com agitação violenta (200 rpm) por 5 minutos, garantem a obtenção do monossacarato de cálcio que é totalmente solúvel (o di e o trissacarato não são totalmente solúveis). A principal vantagem da dosagem com sacarato é o aumento da velocidade da reação de neutralização do caldo. No sacarato, o cálcio está na forma iônica, sendo instantânea sua reação com os ácidos do caldo. No leite de cal temos a maior parte do hidróxido de cálcio fica em suspensão e apenas uma pequena parte em solução, sendo que apenas este em solução reage com os ácidos do caldo. Portanto, o hidróxido em suspensão precisa primeiro se dissolver para depois reagir, conquanto que no sacarato é maior a disponibilidade do cálcio acelerando a reação. 66

67 DOSAGEM Dosagem com sacarato de cálcio : Considerações práticas : - identicamente ao comentário feito em relação ao leite de cal aqui também há que se cuidar pela manutenção de concentração uniforme no sacarato. Portanto, as concentrações do leite e do xarope não devem apresentar grandes variações para não haver o comprometimento na produção do sacarato; - o preparo do sacarato deve ser automatizado; - a utilização de sacarato resulta em caldos mais claros e limpos, no entanto gerando um lodo mais fino e volumoso - necessário filtração bem dimensionada. 67

68 DOSAGEM Sistema automático descontínuo para preparo de sacarato de cálcio. 68

69 DOSAGEM Controle do ph de dosagem. Independentemente do processo escolhido o controle automático do ph é de fundamental importância. Instalação e instrumentos confiáveis e bem manutenidos garantirão operação tranquila. Considerações práticas : - geralmente os problemas estão associados a deficiências das instalações e a problemas operacionais e não aos instrumentos e eletrodos utilizados; - a instalação deve permitir a substituição dos eletrodos para limpeza, sem prejuízo da operação, nem risco de danos aos eletrodos; - deve haver vários jogos de eletrodos disponíveis para substituição a cada 8 horas, ou menos, dependendo da intensidade de deposição de impurezas na membrana. Os jogos sobressalentes permanecerão em limpeza permanente no laboratório; 69

70 DOSAGEM Considerações práticas (cont.) - o comprimento das linhas de amostragem e a câmara do eletrodo devem ser projetadas para pequenos tempos de resposta (menores que 10 segundos); - pequenos tempos de resposta, concentração de leite de cal, ou sacarato, uniforme, com instalações e malhas de controle bem concebidas, significam controle eficaz de ph, garantindo floculação boa e uniforme, com bom desempenho da decantação; - a malha de controle de ph deve contemplar a instalação de um registrador para avaliação do comportamento da curva ao longo do dia. Sistemas supervisórios tornam esta tarefa muito fácil sem gerar papel. 70

71 PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO Os polieletrólitos são auxiliares de floculação empregados na decantação do caldo para promover : - a aglomeração dos flocos; - o aumento da velocidade de sedimentação; - a compactação e redução do volume de lodo; - a diminuição da turbidez do caldo clarificado. O polieletrólito, na forma como é recebido, precisa ter sua molécula distendida, por dissolução em água, para que então possa desempenhar bem sua função. A solubilização do polieletrólito em água deve ser feita levando-se em conta uma série de cuidados, a fim de garantir sua correta utilização. 71

72 PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO Os polieletrólitos são compostos de alto peso molecular, apresentando-se na forma de cadeias longas, sendo que sua atividade máxima coincide com a máxima linearização da cadeia. Por terem alto peso molecular e se apresentarem na forma de cadeias longas são mais frágeis, podendo sofrer rompimento em cadeias menores, perdendo atividade. Vários fatores concorrem para essa quebra da molécula : - agitação; -ph; - temperatura. A qualidade da água utilizada na dissolução do polieletrólito também desempenha papel importante, devendo ser pura e isenta de sais minerais e impurezas sólidas. 72

73 PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO (A) COAGULAÇÃO (B) FLOCULAÇÃO IONS DE CÁLCIO E FOSFATO DE CÁLCIO 73

74 PARTICULA ENVOLTA COM FLOCULANTE PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO (A) LIGAÇÃO ENTRE FLOCULANTE E PARTÍCULA DE LODO (B) ESTRUTURA DO FLOCO ATUAÇÃO DO FLOCULANTE 74

75 PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO O bom desempenho dos polieletrólitos depende dos seguintes fatores : a) grau de hidrólise: desempenho do polieletrólito deve ser determinado experimentalmente via testes de laboratório. No Brasil, valores de 25 a 40 % têm dado bons resultados. (Grau de hidrólise é a % de acrilamida sobre a soma de acrilamida e acrilato de sódio na cadeia polimérica) b) peso molecular (PM: quanto maior o PM maior será a velocidade de sedimentação. No Brasil tem dado bons resultados com PM de 10 a 15 x para os decantadores tradicionais, com elevado tempo de retenção. Para os decantadores sem bandeja necessitam de polímeros com PM de 20 a 25 x c) carga elétrica: na indústria do açúcar geralmente se utilizam polieletrólitos aniônicos; d) dosagem empregada: geralmente entre 1 a 5 ppm em relação ao caldo a ser tratado. CUIDADO: dosagens elevadas podem levar a efeitos opostos, ou seja, ao invés de ocorrer a aglomeração das partículas haverá a repulsão, estabilizando o colóide e dificultando a floculação. 75

76 PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO Cuidados no preparo. - os tanques devem ser construídos em aço carbono, mas revestidos com resina epóxy; - a agitação mecânica deve ser leve = 20 rpm; - diluição no preparo 0,1 a 0,5 % e na dosagem de 0,05 a 0,02 %; - evitar o contato entre partículas de floculante úmido; - o uso de um dosador vibratório para dispersão do pó em uma corrente de água gerada em um funil dá bons resultados; - após a dissolução a solução deverá descansar por uma hora; Água para dissolução. - deve ser isenta de sólidos em suspensão; - isenta de sais minerais ou baixa dureza (30 ppm em Ca e Mg); - ph entre 7,0 e 8,0 para tanques revestidos e entre 9,0 e 9,5 para tanques não revestidos - se necessário usar NaOH para a correção; - pode ser usada água condensada, porém com T< 50 o C, para evitar rompimento da cadeia; 76

77 PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO Dosagem. - a bomba dosadora deve ser do tipo mono, com velocidade variável; - as linhas de condução da solução devem ser preferencialmente de PVC, utilizando-se curvas de raio longo e sem singularidades; - utilizar rotâmetros para medição da vazão de solução enviada para cada decantador; - aplicar em um ponto da tubulação de envio de caldo ao decantador que garanta homogeneização e um certo comprimento de mistura, sem muita turbulência. 77

78 PREPARO E ADIÇÃO DE POLIELETRÓLITO 78

79 AQUECIMENTO O aquecimento do caldo faz parte do tratamento do caldo, desempenhando vários papéis importantes, entre eles : - acelera as reações químicas; - facilita a clarificação do caldo : - promovendo a coagulação de proteínas; - diminuindo a densidade e a viscosidade; - provocando a floculação; - possibilitando a remoção do ar e dos gases dissolvidos; - elimina e impede o desenvolvimento de bactérias. 79

80 AQUECIMENTO Temperatura do caldo. Deve haver disponibilidade de área de troca térmica suficiente para garantia de aquecimento do caldo à temperatura de 105 o C. Temperaturas mais baixas = clarificação inadequada. Temperaturas mais altas = destruição de açúcar e formação de cor. Importante : os instrumentos do setor de aquecimento, principalmente os termômetros, precisam funcionar. Sua manutenção e aferição devem garantir a veracidade das leituras efetuadas. Recomenda-se a instalação de controle automático de temperatura. 80

81 AQUECIMENTO Vapor de aquecimento. Geralmente são usados vapores vegetais para aquecimento do caldo, podendo ser empregados, dependendo das condições da usina, até três fontes : Vegetal do pré (VG1) aquecimento final : 70 a 105 o C; Vegetal da 1 a caixa (VG2) 2 o aquecimento : 55 a 72 o C; Vegetal da 2 a caixa (VG3) 1 o aquecimento : 35 a 55 o C; As tubulações de vapor que alimentam os aquecedores devem ser dotadas de termômetros e manômetros. 81

82 AQUECIMENTO 82

83 AQUECIMENTO Q Q ΔT = S. λ = m. c.( t t ) s p 2 1 = U. A. ΔT = ln(( T s ( t2 t1) t ) /( T 1 s t 2 ) CÁLCULO DE AQUECEDORES S = Vazão mássica de vapor ls =Calor latente de vaporização do vapor m = Vazão mássica de caldo a aquecer c p = Calor específico do caldo t 2 = Temperatura final do caldo t 1 = Temperatura inicial do caldo Q = Quantidade de calor trocado U = Coeficiente Global de Troca Térmica A = Superfície de Troca Térmica DT= Diferença média de temperaturas entre o fluído quente e o frio T s = temperatura do vapor 83

84 AQUECIMENTO COEFICIENTE DE TROCA TÉRMICA (U) Aquecedores tubulares verticais: U=T s.(5+v) Onde U = Coeficente global de troca térmica ( kcal/h/m2/c) V = velocidade do caldo (m/s) T s = Temperatura do vapor ( C) Normalmente varia de 600 kcal/h/m2/c a 1000 kcal/h/m2/c (700 a 1163 W/m2/C) Aquecedores tubulares horizontais: O coeficiente global é cerca de 20 % maior do que o do vertical Aquecedores a placas: Coeficiente global cerca de 3 a 5 vezes maior do que o tubular vertical 84

85 AQUECIMENTO PERDA DE CARGA DP = 0,0025. V 2. N (L+1)/D onde DP = perda de carga em mca V = velocidade do caldo em m/s N = número de passes L = comprimento dos tubos D = diâmetro dos tubos Normalmente varia de 10 a 70 mca. 85

86 AQUECIMENTO Remoção de incondensáveis. O vapor de aquecimento contém ar e gases dissolvidos que precisam ser removidos das calandras dos aquecedores, pois seu acúmulo compromete o desempenho do equipamento. Retiradas : - superior utilizada na partida; - inferior utilização constante - deve ser regulada para evitar desperdício de vapor. Seu envio pode ser feito para a caixa de evaporação seguinte àquela de onde é retirado o vapor para o aquecedor. 86

87 AQUECIMENTO Remoção de condensados. O condensado deve ser removido continuamente, a fim de garantir exposição plena da superfície de aquecimento ao vapor. O acúmulo de condensado no aquecedor diminui a área disponível para aquecimento do caldo. A remoção é feita através de purgadores e sifões, dependendo da pressão do vapor de aquecimento empregado. Purgadores mecânicos: necessitam programa de manutenção de rotina, principalmente, limpeza de filtros. Sifões: quando bem dimensionados trabalham sem problemas e, praticamente, sem manutenção. Caixa de condensado com controle de nível ( purgador inteligente?!) 87

88 AQUECIMENTO Incrustações. São o depósito de impurezas nas superfícies internas dos tubos dos aquecedores.. Estas substâncias agem como isolantes, dificultando a transferência de calor e comprometendo o desempenho dos equipamentos, que não aquecerão o caldo até as temperaturas desejadas. A bateria de aquecedores deve contar com corpos de reserva para permitir o rodízio de operação para limpeza. É comum o uso de raspadores rotativos para remoção de incrustações, sendo necessário cuidado na definição do diâmetro da roseta e na conferência das peças recebidas, para garantia de que nem se agrida o tubo ( maior), nem se deixe incrustação não removida ( menor). 88

89 AQUECIMENTO Incrustações. Alternativas auxiliares para facilitar a limpeza : - circular caldo misto (ph=5,5) a quente (70 o C), promovendo-se, praticamente, uma limpeza ácida da tubulação; - circular vapor com o aquecedor aberto, para secagem da incrustação. Atenção : cuidado com o uso de água fria. - limpeza química Velocidades altas aumentam as taxas de transferência de calor e diminuem a formação de incrustações. O projeto e o arranjo dos aquecedores deve contemplar a definição de velocidades que minimizem os depósitos, sem comprometimento da perda de carga. 89

90 FLASHEAMENTO Ao aquecermos o caldo a 105 o C, contido na tubulação, sob pressão, estamos impedindo que ele entre em ebulição, pois, na pressão atmosférica, a cerca de 98 o C, ele já ferveria. Tirando proveito deste fato é que foi concebida a operação de flasheamento, que consiste na expansão brusca do caldo de sua pressão na tubulação para a pressão atmosférica. Esta ebulição explosiva e violenta elimina o ar e os gases dissolvidos contidos no caldo, inclusive aquele adsorvido na superfície das partículas de bagacilho. Se a remoção destes gases não for efetuada a decantação, e a clarificação, ficarão seriamente comprometidas. 90

91 BALÃO DE FLASH Consiste de um vaso cilíndrico vertical, ou horizontal, construído em aço carbono, que deve oferecer superfície suficiente para a completa liberação do vapor de flash e dos gases. É importante o correto dimensionamento da área de flash para liberação de ar e gases, e da área de chaminé para minimizar o arraste. Problemas mais frequentes : - balão de flash subdimensionado; - balão de flash muito elevado em relação aos decantadores. Deve-se limitar a um máximo de 500 mm o desnível entre o fundo do balão e a entrada do decantador, para se evitar velocidades muito altas de alimentação. Deve-se evitar a sucção de ar pela saída de caldo do balão, através do uso de quebravórtices. O ideal seria manter um selo entre a saída do balão e o nível de caldo no decantador. Câmaras amortecedoras e sifões podem ajudar a minimizar estes problemas. 91

92 BALÃO DE FLASH 92

93 TANQUES DE DISTRIBUIÇÃO DE CALDO Quando uma usina opera vários decantadores, cuidados devem ser tomados para que o caldo seja distribuído em proporção às suas respectivas capacidades. Para tanto, pode ser utilizado um tanque intermediário com vertedores de largura regulável, que, em caso de variações no fluxo total de caldo, manterá as proporções inalteradas. 93

94 DECANTAÇÃO Depois do caldo ter sido submetido ao tratamento desejado, deve-se permitir a separação do caldo clarificado dos flocos formados. Esta separação é efetuada através da operação de decantação. Na decantação são utilizados equipamentos denominados decantadores, cuja finalidade é oferecer superfície para deposição e coleta dos flocos contidos no caldo, liberando o caldo limpo e livre de impurezas. 94

95 DECANTAÇÃO O sucesso do trabalho dos decantadores, além daqueles relativos às operações de preparação do caldo, depende de uma série de fatores, da qual podemos destacar os seguintes : - alimentação; - controle da floculação; - temperatura de alimentação; - ph do caldo de alimentação e queda de ph; - tempo de residência; - extração de gases; - vazão de retirada de caldo clarificado; - nível de lodo no decantador. 95

96 DECANTAÇÃO Alimentação. Para um bom desempenho dos decantadores a vazão de alimentação deve ser constante e uniforme, evitando-se as altas velocidades. Alta velocidade = turbulência = decantação deficiente. Câmaras amortecedoras e distribuidores de caldo podem garantir a diminuição da velocidade de alimentação, caso o desnível entre o balão e os decantadores seja muito grande. 96

97 CONTROLE DA FLOCULAÇÃO Na tubulação de alimentação, próximo ao costado de cada decantador deve ser instalada uma válvula para tomada de amostra do caldo a ser decantado. Através do uso de uma proveta pode-se observar o tamanho dos flocos, que devem ser grandes e bem formados, bem como sua velocidade de decantação, que deve ser alta. A observação do comportamento dos flocos no teste acima indicado, permite a aferição da dosagem de polieletrólito praticada 97

98 CONTROLE DA FLOCULAÇÃO Figura10.1. Micrografia de Iodo (A) Sem polieletrólito; (B) Com 5 ppm de polieletrólito 98

99 TEMPERATURA DE ALIMENTAÇÃO No aquecimento final do caldo, sua temperatura foi elevada acima da temperatura de ebulição à pressão atmosférica para eliminação de gases dissolvidos e ar, inclusive ocluso nas partículas de bagacilho (105 o C). Após o flash, a temperatura do caldo deve estar ao redor de 98 o C, que é uma temperatura boa para alimentação dos decantadores. Temperaturas menores significarão uma decantação problemática, pela : - floculação incompleta; - flocos com menor velocidade de decantação; - bagacilho e flocos saindo com o caldo clarificado. 99

100 TEMPERATURA DE ALIMENTAÇÃO A queda de temperatura nos decantadores deve ser da ordem de 3 graus Celsius. Ou seja, para o caldo entrando a 98 o C, deveremos ter um caldo clarificado saindo a 95 o C. Caso esta queda seja muito acentuada verificar: o tempo de retenção do decantador que apresenta queda elevada de temperatura. Ele pode estar sendo subalimentado. se há muitos decantadores operando para uma determinada capacidade. Redução de moagem pode implicar na necessidade de retirada de decantadores de operação. isolamento insuficiente. Neste caso, além da queda de temperatura, aparecerão no interior do decantador correntes de convecção que podem revolver o lodo em sedimentação, ou já sedimentado, sujando o caldo clarificado. 100

101 ph DO CALDO DE ALIMENTAÇÃO E QUEDA DE ph. Como citado no tópico dosagem o caldo a decantar deve apresentar um ph de cerca de 7,0 a 7,2, que permite uma boa floculação sem destruição de açúcar. ph s menores significarão : - floculação deficiente, com flocos e bagacilho (< 6,8) contaminando o caldo clarificado; - inversão de sacarose. ph s maiores significarão : - decomposição da sacarose; (> 7,6-7,8) - aumento da cor do caldo; - aumento de incrustações. Para acompanhamento da operação dos decantadores, é interessante o acompanhamento da diferença entre o ph do caldo entrando no decantador e o ph do caldo clarificado, ou seja, a queda de ph. 101

102 ph DO CALDO DE ALIMENTAÇÃO E QUEDA DE ph. A queda de ph se situa ao redor de 0,5. Valores maiores indicam ocorrência de problemas na operação dos decantadores e no tratamento do caldo, que podem ser decorrentes de : - nível alto de lodo no decantador; - decomposição de lodo; - aquecimento insuficiente; - ph de caldo muito alto ou muito baixo; - tempo de residência muito longo; - temperaturas muito altas. 102

103 TEMPO DE RESIDÊNCIA Para os decantadores acelerados (tipo SRI - sem bandejas) o tempo de residência é da ordem de 20 a 30 minutos na Austrália. No Brasil estes valores não são nunca inferiores a 45 minutos sendo comum decantadores rápidos com tempo de residência de até 1:30h Para os decantadores convencionais este tempo deve ser da ordem de 2,5 a 3,0 horas Tempos menores significarão decantação incompleta, com caldos turvos e comprometimento da qualidade do açúcar. Tempos muito longos significarão decomposição de açúcares e aumento de cor do caldo. 103

104 DECANTADOR ACELERADO Figura 10.2 Decantador SRI. A alimentação, B Poço de alimentação, C Chapa defletora, D, E Saída de caldo clarificado, F- sondas de Iodo, G Raspas de Iodo, H Tomadas para liquidificação, I Raspas de areia 104

105 DECANTADOR SEM BANDEJAS 105

106 DECANTADOR CONVENCIONAL 106

107 DECANTADOR CONVENCIONAL 107

108 EXTRAÇÃO DE GASES Para bom funcionamento dos decantadores todos os seus compartimentos devem possuir saídas para o ar e gases que possam se acumular. Dependendo do diâmetro do decantador, devem ser instalados dois ou quatro sistemas para retirada de gases. O sistema de retirada de gases deve permitir sua limpeza com facilidade, devendo ser instalado externamente ao decantador para comprovação de seu funcionamento, mesmo em operação. 108

109 VAZÃO DE RETIRADA DO CALDO CLARIFICADO A vazão de retirada de caldo clarificado deve ser ajustada de forma que, praticamente, quantidades iguais de caldo sejam retiradas de cada compartimento. Desta forma minimizamos o aparecimento de correntes preferenciais no interior do decantador. O cuidado deve ser maior nos decantadores com saídas de caldo em lados opostos, para que a remoção de caldo num lado não seja maior que no outro. 109

110 NÍVEL DE LODO NO DECANTADOR O lodo ao decantar arrasta consigo uma grande carga bacteriana e é um meio perfeito para o desenvolvimento e a proliferação de microrganismos. Há bactérias termofílicas que suportam até 125 o C. Portanto, níveis elevados de lodo nos decantadores são prejudiciais pois, permitirão um desenvolvimento aumentado de microrganismos, que destruirão açúcares e gerarão gases que prejudicarão a decantação. Os decantadores devem dispor de provas de lodo no compartimento do fundo, que devem ser inspecionadas frequentemente para regulagem da retirada de lodo. 110

111 NÍVEL DE LODO NO DECANTADOR A retirada de lodo deve ser contínua e uniforme, controlando-se via fluxo e concentração. Não se deve retirar lodo de maneira intermitente, que é duplamente prejudicial : - mantendo o lodo no decantador o seu nível se eleva aumentando o volume disponível para o desenvolvimento de microrganismos; - quando se retira o lodo se desenvolvem correntes de fluxo no decantador que quebram a estabilidade operacional, alterando velocidades e prejudicando a decantação. 111

112 NÍVEL DE LODO NO DECANTADOR Uma das razões geralmente alegadas para retenção do lodo no decantador é a de que ele está fino. Deve-se então procurar os motivos do lodo fino e não retê-lo no decantador : - parâmetros de tratamento do caldo; - dosagem de polieletrólitos; - sistema de remoção de gases. Concentrações de 8,0 a 12,0 % de sólidos no lodo são boas referências. Há casos em que se retém lodo no decantador por subdimensionamento da seção de filtração. Deve-se então trabalhar pela readequação da seção de filtros, para se evitar a retenção de lodo nos decantadores. 112

113 CUIDADOS COM O DECANTADOR Coletores de caldo (serpentinas). As serpentinas devem permitir a retirada de caldo uniformemente distribuída ao longo da periferia do decantador. Serpentinas com várias tomadas, corretamente dimensionadas, distribuem a perda de carga e reduzem as correntes direcionais. As extremidades dos tubos coletores de caldo (tomadas) devem estar niveladas e locadas o mais alto possível, a cerca de 80 a 100 mm da bandeja superior. 113

114 CUIDADOS COM O DECANTADOR Raspas. As raspas devem remover todo o lodo decantado, não permitindo que haja material remanescente entre elas. As raspas devem ser instaladas a ângulos de 45 o, de forma a direcionar o lodo no sentido do fosso central. Seus braços e articulações devem permitir movimento para cima e para baixo e de rotação em relação a seu próprio eixo, para que as ondulações das bandejas sejam varridas. É importante que se faça, periodicamente, a liquidação dos decantadores durante a safra, em chuvas ou, de maneira programada, a cada seis semanas. Nesta oportunidade, antes da limpeza enérgica que deve ser praticada, deve ser feita uma inspeção para constatação que o lodo esteja sendo removido por completo das bandejas. Geralmente um pouco de lodo sempre fica nas bandejas, indicando onde as correções deverão ser efetuadas. 114

115 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS Bagacilho no caldo clarificado. Geralmente se deve a um flash mal efetuado ou, eventualmente, a um balão de flash subdimensionado ou instalado a um nível muito elevado em relação aos decantadores. Verificar : - temperatura de flash; - floculação deficiente; - arraste de gases na saída do balão/tanque de distribuição. - tempo de decantação; 115

116 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS Caldo clarificado turvo. Geralmente se deve a floculação inadequada, consequência de fatores relacionados com o tratamento do caldo. Pode se dever a um problema localizado, caso se manifeste em um único equipamento ou em determinadas bandejas. Verificar : - temperatura de flash; - tempo de decantação; - dosagem de polieletrólito - dosagem de fosfato; - nível de lodo;- estado dos braços e raspas. 116

117 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS Liquidação e perdas durante as paradas. Conservação do caldo durante as paradas. Manter o caldo estocado no decantador significa facilitar a ocorrência de perdas de açúcar. Estas perdas dependem da temperatura, do ph e do tempo de armazenamento. Geralmente, para caldos sulfitados admite-se o armazenamento no máximo por até 22 a 24 horas e, para caldos não sulfitados, no máximo 12 horas. Os gráficos a seguir (Hugot - 1, pg 437) mostram a influência da temperatura e do ph na queda de pureza. 117

118 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS Liquidação e perdas durante as paradas. Conservação do caldo durante as paradas. Temperatura Figura -Queda de pureza em 40 h, em função da temperatura ph final Figura - Queda de pureza em 40 h, em função do ph final 118

119 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS Liquidação e perdas durante as paradas. Conservação do caldo durante as paradas. As seguintes providências podem ser tomadas por ocasião das paradas : - elevação do ph do caldo clarificado a 7,3 a 7,5, cerca de 3,0 horas antes da parada; - reduzir a temperatura do caldo aquecido para 85 o C, cerca de 3,0 horas antes parada; - remover a maior quantidade possível de lodo dos decantadores antes da parada. Spencer e Meade (1952) citam que caldo dosado a ph 7,6 a 8,3 pode ser mantido por 22 horas a o C, sem aumento de acidez nem inversão. Cuidado : a temperatura não pode cair abaixo de 70 o C, o que aceleraria a atividade microbiana. 119

120 CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS Liquidação e perdas durante as paradas. Conservação do caldo durante as paradas. Em Mauritius (ISSCT ) se observou que um caldo mantido no decantador a uma temperatura média inicial de 94 o C e atingindo 83 o C após 24 horas apresentou uma queda de pureza de 2,6 pontos. Quando a temperatura inicial foi reduzida para 83 o C, e apresentando 74 o C após, também, 24 horas, a queda de pureza foi de 0,9 pontos. Hugot (1), pg 437, cita que a redução de temperatura para cerca de 80 o Cémuito mais efetiva que a elevação do ph. Lembrando : - a elevação do ph aumenta-se a taxa de destruição de açúcares redutores, que darão formação a ácidos que reduzirão o ph. Estes ácidos reagirão com o cálcio formando sais. Se favorece a formação de cor. - a redução da temperatura do caldo dificultará a decantação tanto do precipitado como do bagacilho. 120

121 PENEIRAS PARA CALDO CLARIFICADO Mesmo com todos os cuidados tomados no tratamento do caldo, ou no caso de falha destes, pode haver o escape de bagacilho pelo caldo clarificado. Há variedades de cana que facilitam sobremaneira esta ocorrência, como a antiga SP Como proteção contra este escape e com a finalidade de garantir a remoção da maior parte dos insolúveis presentes no caldo, que certamente comprometerão a qualidade do açúcar, são instaladas peneiras para peneiramento do caldo clarificado. As peneiras mais utilizadas são as peneiras estáticas, inclinadas a 15 o, ou do tipo DSM. Utilizam-se também peneiras rotativas com sistema de limpeza automática. Para as peneiras estáticas são utilizadas telas de aço inoxidável ou nylon, com malha de 200 mesh. Para as peneiras DSM se utilizam telas com espaçamento 0,35 mm. Estudos mostraram que para peneiras rotativas pode-se utilzar 150 mesh com resultados considerados bons. O turbo filtro tem sido a opção mais adequada porem a de maior custo. 121

122 PENEIRAS PARA CALDO CLARIFICADO Considerações práticas : - a peneira é um equipamento auxiliar e não deve ser desculpa para descuidos nas operações de tratamento de caldo. O tratamento de caldo deve ser conduzido adequadamente sendo o responsável pela obtenção de um caldo clarificado livre de partículas; - as peneiras promoverão um certo resfriamento do caldo, portanto os cuidados com sua limpeza são importantes. O material retido precisa ser constantemente retirado. Seu acúmulo facilita o desenvolvimento de microrganismos; - deve haver capacidade suficiente em peneiras para que se possa promover sua manutenção sem interrupção do peneiramento de caldo. 122

123 TURBO FILTRO 123

124 TURBO FILTRO 124

125 FILTRAÇÃO DO LODO O processo de tratamento de caldo tem como produtos o caldo clarificado e o lodo. O caldo clarificado é enviado para a evaporação e o lodo para o sistema de filtração, para recuperação de parte de seu conteúdo de açúcar. Filtro rotativo a vácuo. O filtro mais utilizado nas usinas de açúcar é o de tambor rotativo a vácuo, do tipo Oliver. Como o próprio nome indica, trata-se de um tambor rotativo, isto é, um cilindro que gira na horizontal, suportado por seu próprio eixo, dispondo de um meio filtrante (telas perfuradas) em sua superfície externa. Este tambor é montado sobre um tanque que contém o lodo a ser filtrado. O tambor é dividido em seções que se conectam por tubulações a um cabeçote que controlará a aplicação de vácuo durante sua rotação. 125

126 FILTRAÇÃO DO LODO 126

127 FILTRO MAUSA 127

128 FILTRAÇÃO DO LODO Figura11.1. Operação de um filtro rotativo a vácuo. 128

129 129

130 FILTRAÇÃO DO LODO 1. FORMAÇÃO DA TORTA, PEGA Nesta seção o vácuo aplicado é baixo, de 7 a 10 Hg, para permitir uma boa formação da torta sem a passagem de grande quantidade de sólidos ao filtrado. De qualquer forma este caldo filtrado será bastante turvo, recebendo a denominação de filtrado escuro. É durante esta fase que o bagacilho auxiliará na formação de uma torta porosa e de boa filtrabilidade. O controle do vácuo é importante para garantia de uma boa formação da torta. 2. FILTRAÇÃO E LAVAGEM. Na sequência da rotação do tambor, a tubulação da seção que estava imersa atinge a região do cabeçote que permitirá um aumento do vácuo para 20 a 22 Hg. Começa então a lavagem da torta. A água é pulverizada sobre a torta, passando pelos poros e carregando parte do açúcar ainda restante. O caldo filtrado agora obtido é chamado de filtrado claro. 3. SECAGEM E DESCARGA DA TORTA.A lavagem continuará até o tambor atingir o ponto superior, ou um pouco além, sendo que daí em diante cessa a aplicação de água, mas o vácuo será mantido para secagem da torta, até a linha central horizontal do lado de descarga. Ao ser ultrapassada esta linha o cabeçote cortará então o vácuo, liberando a torta para ser destacada pelos raspadores. 130

131 O CONTROLE DA OPERAÇÃO DE FILTRAÇÃO O objetivo da filtração do lodo é processar todo o lodo, obtendo uma torta com Pol menor que 1,0%.Este é o melhor parâmetro para avaliação do desempenho da estação de filtração Para se atingir este objetivo, além da disponibilidade de área de filtração em quantidade suficiente (da ordem de 0,6 m 2 /tc), alguns cuidados são necessários : a temperatura do lodo no filtro não deve ser menor que 80 o C, que diminui a viscosidade e impede a solidificação de gomas e ceras; o ph do lodo deverá ser corrigido para valores entre 7,5 e 8,5, para facilitar a manutenção dos flocos e melhorar a filtrabilidade; adição de polieletrólito : 4 a 5 ppm em relação ao lodo (1 ppm em relação à cana). Interessante em determinadas situações. Polieletrólitos de baixo PM e elevado grau de hidrólise são os mais recomendados. 131

132 O CONTROLE DA OPERAÇÃO DE FILTRAÇÃO - água para lavagem da torta : deve ser filtrada, para evitar o entupimento dos bicos, e quente, com temperatura superior a 80 o C. Geralmente se utiliza água na razão de 150 a 200% do peso de torta produzida, devendo esta quantidade ser suficiente para manter um leve excesso sobre a superfície da torta, sem escorrer. Bicos aspersores de cone cheio são ideais. - acompanhamento das pressões de operação: - baixo vácuo : 7 a 10 Hg -altovácuo: 20a22 Hg Os vacuômetros instalados nos filtros devem realmente funcionar, sendo calibrados e aferidos, permitindo a verificação das pressões aplicadas; - rotação do tambor : 10 a 15 rph. Velocidades mais baixas melhoram a eficiência de redução de pol da torta; - espessura da torta : 7 a 10 mm permitem resultados favoráveis. Está relacionada à velocidade derotaçãodofiltro. 132

133 O CONTROLE DA OPERAÇÃO DE FILTRAÇÃO - quantidade de bagacilho adicionada : 3,0 a 5,0 kg por tonelada de cana moída. Bagacilho em excesso eleva demais a espessura da torta, aumentando a pol da torta. A falta de bagacilho reduz a filtrabilidade, permite obstrução de telas e entupimento de tubulações devido à maior quantidade de sólidos do lodo passando com o caldo. Dentre todos os parâmetros acima mencionados a Pol%Torta e a rotação do filtro no instante da coleta devem ser registrados no boletim de controle químico. É interessante avaliar periodicamente a retenção dos filtros, que deve ser mantida acima de 85%. Se a retenção ficar numa faixa muito baixa certamente sobrecarregará a decantação. Fatores que afetam a retenção : concentração do lodo; qualidade e quantidade do bagacilho adicionado; faixa de vácuo durante a pega; tempo de formação da torta; 133

134 O CONTROLE DA OPERAÇÃO DE FILTRAÇÃO- Instrumentação Os controles devem ser instalados no piso de operação da filtração para evitar que o operador precise de deslocar para chegar aos acionamentos para suprimento de bagacilho, velocidade do filtro e bombas de lodo, vácuo e caldo filtrado. A instrumentação mínima consta de : - vacuômetros : - nas linhas de vácuo; - nos cabeçotes dos filtros; - nos coletores de filtrado; - nas bombas de vácuo. - termômetros : - para a temperatura do lodo; - para a temperatura da água de lavagem da torta. - manômetro : - na linha de água de lavagem de torta. 134

135 O CIRCUITO DE LODO Existem vários esquemas adotados para o circuito de lodo, em função de particularidades de cada usina. No entanto alguns cuidados são válidos de maneira geral, trazendo bons resultados quando aplicados. Geralmente as instalações dispõe de : - tanque de lodo; - misturador de bagacilho; - bombas de lodo. 135

136 O CIRCUITO DE LODO Figura 11.2: Fluxograma do setor de filtração 136

137 O CIRCUITO DE LODO Legenda para a figura do slide anterior: Ponto Comentário 1, 2, 3 e 4 Indicam tubulações de lodo, que devem ser inclinadas no sentido do fluxo para evitar acúmulo e se auto-drenarem nas paradas. Diâmetros devem ser generosos para minimizar a quebra de flocos. 5, 9, 10 e 13 Indicam linhas sob vácuo, que devem ser dimensionadas para o fluxo de ar e vapor a densidades baixas. Devem ser soldadas para prevenção de vazamentos. Inclinar as linhas que conduzem também caldo, para garantir a auto-drenagem. 6, 7 e 14 Linhas que operam sob vácuo precisam garantir estanqueidade - não podem vazar. 137

138 O CIRCUITO DE LODO Tanque de lodo. Sua capacidade deve absorver flutuações na vazão de lodo, mas sem significar um tempo de retenção exagerado. Recomenda-se 6 a 15 minutos, no máximo. Este tanque deve dispor de agitador suave (baixa velocidade), para evitar a decantação, mas sem destruir os flocos. O tanque deverá ser isolado para manter a temperatura do lodo acima de 80 o C. Se for necessário o aquecimento do lodo no tanque, este deverá ser feito através de serpentina de vapor. O operador do filtro deve dispor da informação do nível de lodo no tanque. O controle automático do nível da caixa de lodo deve estar relacionado primeiramente com a capacidade de aumento da rotação dos filtros e em seguida com a diminuição da retirada de lodo dos decantadores, que nunca deve ser levada a zero, pelos motivos vistos em decantação. Se for necessária a operação de todos os filtros sempre na rotação máxima e, mesmo assim, o sistema solicitar que se pare de tirar lodo dos decantadores, com certeza o dimensionamento da seção de filtração precisará ser revisto. 138

139 O CIRCUITO DE LODO Misturador de bagacilho. Este equipamento permite a mistura do bagacilho ao lodo sob condições controladas e, uma vez garantido o suprimento adequado de bagacilho, deve operar com um mínimo de atenção - ver figura Há misturadores projetados para alimentação de dois e três filtros, no máximo. Misturadores maiores significarão ineficiência na mistura lodo/bagacilho. Figura 11.3: Misturador de bagacilho 139

140 O CIRCUITO DE LODO Bombas de lodo. A instalação ideal seria aquela que permitisse o envio do lodo por gravidade do decantador para o misturador de bagacilho e deste para o filtro, como medida para evitar a quebra de flocos. No entanto, a maioria das instalações requer, no mínimo, uma operação de bombeamento de lodo. Para o bombeamento do lodo devem ser utilizadas apenas bombas de deslocamento positivo do tipo mono, que preservam o floco durante o transporte. A capacidade dos filtros e a instalação de bombeamento (velocidade variável) devem permitir a operação com um mínimo de recirculação através de transbordamento pelo ladrão do tanque do filtro. 140

141 O CIRCUITO DE LODO Considerações Práticas - os raspadores de torta devem apresentar contato completo, não fazendo uso de pressão excessiva, que poderá provocar danos às telas; - os condensadores barométricos e os balões de caldo filtrado não devem apresentar vazamento. Toda a instalação sob vácuo precisa ser inspecionada quanto a vazamentos; - nas paradas programadas incluir a limpeza dos filtros. Sua operação com a água aberta e com água quente no tanque durante uma hora promoverá a limpeza de todos os componentes. 141

142 CAPTAÇÃO DO BAGACILHO O bagacilho, utilizado como auxiliar na filtração do lodo, é separado do bagaço de cana através de dispositivos especiais. Podem ser utilizadas : - peneiras vibratórias: equipamentos que apresentam partes móveis, sujeitos a manutenção, principalmente das telas. - chapas perfuradas: instaladas nos transportadores de bagaço, permitem boa coleta de bagacilho já na moega de alimentação do ventilador de transporte, situada sob a esteira; - existem chapas de furos cônicos e de furos oblongos, estas últimas trabalhando muito bem. Deve-se garantir um suprimento contínuo de bagacilho, mesmo durante paradas das moendas, portanto é interessante que as telas sejam instaladas no circuito de transporte de bagaço. 142

143 CAPTAÇÃO DO BAGACILHO SEPARADOR TIPO LOUVRE separa bagacilho de boa qualidade. Instalação requer grande disponibilidade de altura entre transportadores, dificultando seu uso; 143

144 CAPTAÇÃO DO BAGACILHO Figura 11.5: Captador de bagacilho. Tela não obstruível. Ventilador conectado diretamente na moega Sua instalação também requer grande disponibilidade de altura entre ransportadores 144

145 TRANSPORTE DE BAGACILHO Pneumático. O bagacilho é encaminhado das moegas de coleta aos misturadores via transporte pneumático, sendo separado da corrente de ar de transporte via ciclone. Os sistemas disponíveis são : - ventilador conectado diretamente na captação de bagacilho. (fig. 11.5) Como o bagacilho passa através do ventilador (e areia também) há o desgaste acelerado de suas palhetas. - ventilador insuflando ar em ejetor do tipo Venturi, que succiona o bagacilho. (fig. 11.6) Este sistema necessita de ventiladores de potência mais elevada devido à perda de carga no Venturi. Não há desgaste de palhetas. 145

146 TRANSPORTE DE BAGACILHO (continuaçãodos sistemas disponíveis) - válvula rotativa. O sistema é totalmente pressurizado e o bagacilho é adicionado à linha de transporte via válvula rotativa, que também deve garantir a selagem do sistema. Não apresenta as desvantagens dos sistemas anteriores, mas tem custo inicial ligeiramente mais elevado. Válvula rotativa requer manutenção sofisticada para garantir a selagem. 146

147 TRANSPORTE DE BAGACILHO Figura 11.6: Captação de bagacilho. Ventilador com ejetor Venturi 147

148 TRANSPORTE DE BAGACILHO Via lodo. O bagacilho também pode ser transportado via lodo. Poderá existir seu transporte pneumático até o tanque de mistura com lodo. Este é um sistema utilizado em determinadas situações, mas que deve ser evitado, principalmente se o bombeamento de lodo mais bagacilho for efetuado através de bombas centrífugas, devido à destruição do floco - ver figura A utilização de bombas mono minimizará a quebra de flocos numa instalação que precise adotar esta solução - ver figura

149 TRANSPORTE DE BAGACILHO Figura 11.7: Transporte de bagacilho via lodo 149

150 TRANSPORTE DE BAGACILHO Figura 11.8: Transporte de bagacilho via lodo com bombas mono 150

151 151

152 PRENSA DESAGUADORA 152

153 PRENSA DESAGUADORA (BELT PRESS) 153

154 PRENSA DESAGUADORA (BELT PRESS) 154

155 PRENSA DESAGUADORA 155

156 Atenuação de cor ao longo do processo 156

157 UF na Indústria Açucareira Alimentação ou Concentrado Conceitos básicos de filtração tangencial Vazão, Q Pressão - P R = 0% R = Parcial R=100% Sólidos Suspensos Colóides Emulsões Precipitados Macromoléculas Filtrado SLIDES REPRODUZIDOS COM AUTORIZAÇÃO DA WGM Fluxo, J Água Sais Sólidos Dissolvidos Membrana Assimétrica BOD COD Pequenos Polissacarideos 157

158 UF na Indústria Açucareira Tamanho dos Poros da Membrana e Sua Classificação Osmose Reversa Nanofiltração Ultrafiltração Microfiltração Microns RO NF Desidratação Desalinisação Concentração Clarificação Concentracão de Óleos e Graxas Remoção de Sólidos Suspensos Soluto Sólidos Suspensos Proteinas Remove Traços de O&G DBO/DQO UF Pressões Operacionais (psi) 400-1, MF 158

159 UF na Indústria Açucareira Resultados Analíticos de alguns testes Análises do Caldo, alimentação e filtrado Amostras Dextrana, ppm Sólidos Suspensos, ppm Turbidez, NTU Caldo Clarificado Filtrado Caldo Clarificado Filtrado Xarope fábrica Xarope filtrado A B C D E F G H I J K

160 UF na Indústria Açucareira Caldo ( Misto ) Clarificado: Operação / Resultados Remoção de Sólidos Suspensos - 99% Remoção Dextrana - 99% Redução Turbidez - 85% Redução Cor - 15 a 25% 160

161 UF na Indústria Açucareira Caldo Misto Clarificado: Benefícios Redução acentuada de incrustação dos pré-evaporadores e evaporadores, com ganho de rendimento na capacidade evaporativa em torno de 15% Diminuição do tempo de crescimento dos cristais devido a maior pureza do xarope ultrafiltrado e diminuição de contaminantes Xarope com ausência de Dextrana ( Menor Viscosidade e Maior Esgotamento) Cor final do açúcar mais baixa em função dos citados acima benefícios 161

162 UF na Indústria Açucareira Membrana / tubo camisa 162

163 UF na Indústria Açucareira Fotos da Planta Piloto 163

164 Referências Bibliográficas 1 - Hugot, E. - Handbook of Cane Sugar Engineering - Elsevier Publishing Co Medeiros, Carlos Eduardo do Val - Tratamento do Caldo - Curso para Operadores. 3 - Perk, Charles G. M. - The Manufacture of Sugar From Sugarcane - Sugar Milling Research Institute Baikow, V. E. - Manufacture and Refining of Raw Cane Sugar - Elsevier Publishing Co Copersucar - Processo de fabricação de açúcar - Parte I. 6 - Copersucar - V Seminário de Tecnologia Industrial Copersucar - Clarificação - Reunião Técnica Sobre Clarificação

165 Referências Bibliográficas 8 - Hale, D. J. e Whayman, E. - Developments in Clarifier Design - Proceedings ISSCT 14 th Congress Silva Jr., J. F. e Zarpelon, F Color and Ash Levels in Process Streams at Three Factories Producing Raw, Sulfitation White and High Pol Raw Sugars Proceedings ISSCT 16 th Congress

166 HOMENAGENS 166