UDOP Araçatuba/SP 11 e 12/11/03. Palestra TRATAMENTO DE CALDO X QUALIDADE DO AÇÚCAR EVAPORAÇÃO X CONSUMO DE VAPOR DIRETO. Carlos A.

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1 Palestra UDOP Araçatuba/SP 11 e 12/11/03 TRATAMENTO DE CALDO X QUALIDADE DO AÇÚCAR EVAPORAÇÃO X CONSUMO DE VAPOR DIRETO Carlos A. Tambellini

2 TRATAMENTO DE CALDO X QUALIDADE DO AÇÚA ÇÚCAR Sulfitação ou Fábrica de ácido sulfúrico. Regeneração de calor x Sobra de bagaço. Decantador multi-feed x Decantador rápido. Filtro rotativo x Filtro prensa.

3 CONTROLE DO FLUXO DE CALDO Fluxo Variável Caldo Misto Nível máximo "Set point" Nível mínimo Sensor de nível LC Fluxo Constante Válvula de controle Medidor de vazão

4 SETOR DE MOENDAS Água de lavagem de cana (entrada) Cana Água de embebição Bagaço para caldeira Água de lavagem de cana (saída) Bagacilho para lodo Caixa de caldo LC Para lavoura - Embebição - Filtros - Outros Caldo para sulfitação Medidor de vazão Vinhaça Regenerador Condensado Regenerador caldo x vinhaça caldo x condensado

5 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO QUALIDADE DO ENXOFRE Pureza : > 99,5% Umidade: < 3% Acidez (como H2SO4): < 0,07 Forma : Peletizado Cinzas : < 0,07% Betume : < 0,3% Arsênio : Isento Embalagem Consumo : Saco/bag : 80 a 200 g/s de açúcar

6 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO AÇÃO DO ENXOFRE NO CALDO Descolorante. Anti-séptico. Precipita colóides orgânicos. Reduz viscosidade. Atenua a reação de Maillard. Evita ação do Leuconostoc.

7 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO COMBUSTÃO DO ENXOFRE S + 02 : SO2 + calor Liquefação : 120 C Combustão : 250 C Ebulição : 450 C

8 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO FORNOS DE ENXOFRE Material de construção do forno : ferro fundido ou aço carbono Área de combustão : 0,02 m²/tch Fornos compridos são mais eficientes (comprimento = 3 diâmetros). Rotação 0,3 a 3 rpm com inversor de frequência. Teor de SO2 nos gases : 10 a 14% SO2 Combustor de alvenaria com estrutura metálica. Tamanho/volume : ~0,08 m³/tch. Os gases devem sofrer rápido resfriamento entre o sublimador e a coluna através de camisa de água fria na tubulação de gases.

9 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO TIPOS DE SULFITADOR A - MULTIJATO B - COLUNA COM BANDEJAS. C - COLUNA COM BICOS ASPERSORES. D - SISTEMA MISTO COM OU SEM RECIRCULAÇÃO DE CALDO.

10 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO TIPOS DE EXTRAÇÃO DE GASES A - EJETOR A VAPOR. B - EJETOR COM AR (VENTOINHA). C - EXAUSTOR. D - MULTIJATO.

11 SETOR DE TRATAMENTO DE CALDO Sulfitação do caldo Saída de água Saída de água Multijato Gases Caldo das Moendas Vapor Aquecedores Enxofre sólido Água de resfriamento Entrada de água Entrada de água 200 C Condensado Balão Flash Entrada de AR 250 C Caldo filtrado Entrada de AR Leite de cal Polímero Entrada Polímero Decantador rápido Nível do caldo LC Medidor de vazão Para caixa de Lodo Caldo para Evaporação

12 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO Curvas teórica e experimental de equilíbrio termodinâmico entre SO 2 e SO 3 nos gases de combustão de enxofre % em volume de SO 3 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Experimental Teórico 0, % em volume de SO 2

13 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO CAL NATUREZA CaCO3 + CALOR CaO + H2O = ROCHA CaCO3 = CaO + CO2 = Ca (OH)2 CONSUMO: - Açúcar Demerara ou VHP = 200 g/sc açúcar - Açúcar Cristal = 200 a 500 g/sc aç.

14 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO QUALIDADE DO CAL VIRGEM Teor de CaO = 85 a 90% Pedras brancas de tamanho homogêneo. Embalagem bag/granel. Armazenamento em silo ou depósito. HIDRATADA Teor de Ca (OH)2 > 90% Umidade < 2% Embalagem bag Armazenamento em silo ou depósito.

15 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO SISTEMA DE HIDRATAÇÃO Manual em tanques de alvenaria. Contínuo em tambores rotativos. Maturação do leite de cal por cerca de 24 h em solução com ~15 Bé ou seja 200 g/l de Ca (OH)2 à 20 C. Controle de ph no caldo: - Açúcar branco - 6,8 / 7,0 - Açúcar V.H.P./Demerara - 7,0 / 7,2

16 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO AÇÚCAR DEMERARA OU V.H.P. Não são sulfitados. A cor não é limitante.

17 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO AÇÚCAR CRISTAL BRANCO É fabricado com caldo sulfitado. A cor é importante. De modo geral é necessário se complementar fósforo (P2O5) no caldo para melhorar as condições do tratamento até cerca de 300 ppm de P2O5. Consegue-se fabricar açúcar cristal direto com cor de UI. O nível de enxofre no açúcar é desprezível. Vinhos recebem SO2 depois de prontos para ajustes de cor e como anti-séptico.

18 Reação Importante SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO REAÇÕES QUÍMICAS S + O2 : S02 + calor SO2 + H2O (caldo) : H2S03 (anidrido de ácido sulfuroso) H2S03 + Ca (OH)2 : CaSO3 + 2 H2O (precipitado) A somatória entre o teor de P2O5 orgânico (cana) com o P2O5 inorgânico (adicionado) deverá ser da ordem de 300 ppm para se obter uma boa clarificação. Os fosfatos orgânicos e inorgânicos reagem com o cálcio (Cal) e formam compostos do tipo fosfato ácido de cálcio (CaHPO4) que são precipitáveis e que em presença de polímeros incorporam impurezas tipo colóides em suspensão no caldo e as transformam em lodo.

19 SULFITAÇÃO OU FÁBRICA F DE ÁCIDO SULFÚRICO REAÇÕES QUÍMICAS Reação Indesejável : Formação de H2SO4 elevada corrosão nas partes em contado 2 SO2 + O2 : 2 S03 SO3 + H2O (caldo) : H2S04 (ácido sulfúrico) H2S04 + Ca (OH)2 : CaSO4 + 2 H2O (O sulfato é parcialmente solúvel e incrustante).

20 FILTRO ROTATIVO X FILTRO PRENSA CLARIFICAÇÃO E FILTRAÇÃO Caldo 100 C Sistema de geração de vácuo Embebição 95 C Caldo para Evaporação Bomba de vácuo Filtro rotativo Torta Caldo 100 C Decantador rápido Lodo dos decantadores Bagacilho Moega de torta 97 C Caldo para Evaporação Lodo dos decantadores Tanque de caldo filtrado Caldo filtrado para o tanque de calagem

21 FILTRO ROTATIVO X FILTRO PRENSA PRENSA DESAGUADORA Polímero Água de Embebição Prensa desaguadora Água de limpeza da tela Tanque de água residual Bomba de vácuo Água para embebição da moenda Moega de torta Cal Lodo dos decantadores Bagacilho Tanque de caldo filtrado Caldo filtrado para o tanque de calagem

22 DECANTADOR MULTI-FEED X DECANTADOR RÁPIDO R VANTAGENS DESVANTAGENS MULTI-FEED - Menor exigência de controle - Menor consumo de polímero. - Maior retirada de bagacilho. - Maior custo de implantação. - Maior degradação e infecção (maior tempo de residência). RÁPIDO - Menor tempo de residência. (menor degradação e infecção) - Menor custo de implantação e manutenção. - Maior consumo de polímero. - Maior exigência de controle. - Menor retirada de bagacilho.

23 FILTRO ROTATIVO X FILTRO PRENSA VANTAGENS DESVANTAGENS ROTATIVO - Menor consumo de polímero. - Maior área ocupada. - Maior custo de manutenção. - Maior quantidade de torta. PRENSA - Melhor qualidade do caldo filtrado. - Facilidade operacional. - Pode operar sem bagacilho. - Maior capacidade unitária. - Maior consumo de polímero. - Gera água de lavagem de tela com açúcar (~0,5 B). (usar na embebição) - Caldo filtrado mais diluído ( ~ 2 B)

24 REGENERADOR X SOBRA DE BAGAÇO REGENERAÇÃO DE CALOR TROCADOR DE CALOR À PLACAS A - CALDO MISTO X CALDO CLARIFICADO OU PRÉ-EVAPORADO P/ DESTILARIA. B - CALDO MISTO X VINHAÇA. C - CALDO MISTO X ÁGUA CONDENSADA (FRIA). D - CALDO MISTO X ÁGUA CONDENSADA (QUENTE).

25 REGENERADOR X SOBRA DE BAGAÇO ECONOMIA DE VAPOR REGENERADOR CALDO X CALDO CALDO X VINHAÇA CALDO X CONDENSADO (FRIO) CALDO X CONDENSADO (QUENTE) TOTAL 100% CALDO AÇÚCAR kgv/tc - 20 (9,0) 15 (6,8) 15 (6,8) 50 (23,0) 60% CALDO AÇÚCAR kgv/tc 15 ( 6,8) 20 (9,0) 10 (4,5) 10 (4,5) 55 (25,0) (*) kg bagaço/tc

26 REGENERADOR X SOBRA DE BAGAÇO E C O N O M I A K G / T C MIX DE PRODUÇÃO Consumo de vapor Usina Standard - kgv/tc 1 - Regenerador de calor Caldo x Caldo 2 - Regenerador de calor Caldo x Vinhaça 3 - Regenerador de calor Caldo x Condens. Vapor Moenda Difusor Moenda Difusor VV-1 Destilaria VV-2 Aquec. de caldo VV-2 Cozedores Elev. conc. xarope de 58 Brix para 68 B 8 - Recuperação do flash vapor escape 9 - Recuperação do flash vapor vegetal Consumo de vapor Usina econômica - kgv/tc 100% CALDO PARA AÇÚCAR 60% CALDO PARA AÇÚCAR

27 EVAPORAÇÃO X CONSUMO DE VAPOR DIRETO Roberts x Falling Film x Placa. Controle de nível. Perdas de açúcar - Degradação e arrastes. Quantidade de efeitos x Consumo de bagaço. Purificação do xarope. Condensação de vapor-multijato x Condensador.

28 TRANSMISSÃO DE CALOR EM TUBO DE EVAPORAÇÃO Tubo de evaporação VAPOR CALDO VAPOR VAPOR CALDO Calor do Vapor Película de Condensado descendente Parede do tubo Calor do Caldo Incrustação Película de Caldo descendente

29 CONTROLE DE NÍVELN Variação do coeficiente de transmissão de calor em função do nível do caldo na calandra. Coeficiente de transmissão (%) Nível de caldo sobre a altura do tubo (%)

30 EVAPORADOR TIPO ROBERTS

31 PRÉ-EVAPORADOR À PLACAS

32 PRÉ-EVAPORADOR COM REBOILER

33 EVAPORADOR TIPO FALLING FILM

34 ROBERTS X FALLING FILM X PLACAS X MULTI-REB ROBERTS (CONVECTIVO) VANTAGENS Taxa mais constante (35/25). Recirculação natural. Baixa potência. DESVANTAGENS Instalação alta e onerosa. Reserva para limpeza cara. Ampliação cara. Campanha de 7 dias. Elevação da temperatura de ebulição. FALLING FILM (Tubo longo 8 a 12m) MULTI-REB (CONVECTIVO) PLACA (CONVECTIVO) Taxa alta (limpo). Limpeza química. Campanhas mais longas (15d). Compacto e auto-portante. Tempo de residência menor. Sem elevação de temp. de ebulição. Taxa mais constante (35/25). Recirculação natural. Baixa potência. Limpeza mecânica com alta segurança operacional. Sistema modular de baixo custo. Reserva para limpeza de baixo custo. Taxa alta (limpo). Limpeza química. Facilidade de ampliação Taxa variável (50/25), operando com produtos de incrustação inorgânica. Eventual limpeza mecânica. Problema com distribuidor de caldo dos tubos. Ampliação cara. Recirculação forçada com alta potência (5V). Campanha de 7 dias. Elevação da temperatura de ebulição Taxa variável (40/25). Não permite limpeza mecânica. Ampliação barata. FALLING FILM (PLACA) Taxa alta. Limpeza química. Campanha mais longa. Não permite limpeza mecânica. Ampliação cara. Taxa variável (70/30).

35 PERDAS DE AÇÚA ÇÚCAR - DEGRADAÇÃO E ARRASTES Degradação da sacarose na evaporação 0,28 0,24 0,20 g / 100g. h 0,16 0,12 0,08 0,04 0, Efeitos

36 LOCAL PERDAS DE AÇÚA ÇÚCAR - DEGRADAÇÃO E ARRASTES Perdas Padrão (base unipral 100) KgART/TC MOAGEM TCS Perdas Efetivas kgart/tc Recuperação possível de açúcar Sacos/período Recuperação possível de álcool Litros/período 1 - Lavagem de cana 1,5 2, ,35 6, Bagaço (Moenda 6T) (Pol = 1,60%) (Pol = 2,5%) ,42 0, Torta (Pol = 1,0%) (Pol = 2,0%) ,99 6,2 4 - Fermentação (Ef. = 91%) (Ef. = 86%) ,13 0, Vinhaça (T.A = 0,03%) (T.A = 0,06%) Águas residuárias (transbord. e descartes) 0,10 1, Canaletas (Destilaria/ - Fábrica/Lodo) 7 - Perda de álcool na 0,10 0,30 col. de recup. de CO2. Ef. Torre = 95% não tem torre Indeterminadas 3,37 3, Águas de multijato 0,005 1, ppm vapor ppm vapor 0,5 ppm água 100 ppm água TOTAL UNIPRAL ,5 100

37 SEPARADOR DE ARRASTE Perdas de Açúcar ppm no vapor 100 ppm na água

38 SEPARADOR DE ARRASTE Perdas de Açúcar ppm no vapor 50 ppm na água

39 SEPARADOR DE ARRASTE SEPARADOR DE ARRASTE SAÍDA DE VAPOR SEPARADOR DE ARRASTE FACE SUPERIOR DO ESPELHO

40 SEPARADOR DE ARRASTE Perdas de Açúcar 20 ppm no vapor 0,5 ppm na água

41 SEPARADOR DE ARRASTE Perdas de Açúcar 20 ppm no vapor 0,5 ppm na água

42 PURIFICAÇÃO DO XAROPE Opção: - Filtro manta contínuo.

43 CONDENSAÇÃO DE VAPOR-MULTIJATO X CONDENSADOR MULTIJATO Água Fria 40 L/Kg 1 Kg Cozedor Vapor / Ar / Arraste 41 L/Kg 45 ºC Ar + Gases 45 ºC Torre de refrigeração 1 Kg 30 ºC Água Quente AR Base: L/Kg de vapor Descarte

44 CONDENSAÇÃO REGENERADOR DE VAPOR-MULTIJATO X SOBRA X CONDENSADOR BAGAÇO CONDENSADOR BAROMÉTRICO Água Fria 23 L/Kg - 30 C Cozedor 1 Kg 0,4 L/Kg Vapor / Ar / Arraste 24 L/Kg 55 ºC Ar / Gases Torre de refrigeração 1 Kg 30 ºC Água Quente Bomba de vácuo 55 ºC AR Base: L/Kg de vapor Descarte

45 CONDENSAÇÃO DE VAPOR- MULTIJATO X CONDENSADOR X EVAPORATIVO Vapor a condensar Água em circuito fechado Temperatura da água fria Temperatura da água quente Condensado em circulação Consumo de água Excedente de água Consumo de energia elétrica DADOS DE DESEMPENHO Condensador Multijato Evaporativo (Kg/h) (m³/h) (ºC) (ºC) (ºC) (m³/h) (m³/h) (Kw/TC) 2,6 2,6 2,2