Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana

Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana CTC Semana Tecnológica Industrial 22/02/2011, Piracicaba/SP Brasil Dr. Andreas Lehnberger BMA, Alemanha 2 BMA Product Portfolio: Equipment and services 3 1

BMA Group Worldwide Greeley, CO: Brewer Steel BMA America Woerden: BMA Nederland Braunschweig: BMA BMA Automation ProAss Kinderwerk Sao Paulo: BMA Brasil Tunis: BMA MENA Kunming: BMA China 4 BMA - Tecnologia de ponta - indústria de açúcar Sistemas para extração de beterraba Prensas para polpa tipo HP Secador de vapor de leito fluidizado Difusores para bagaço de cana Evaporadores tipo Falling Film Cozedores à vàcuo Cozedores verticais contínuos (VKT) Bombas para massa cozida Centrífugas contínuos e de batelada Secadores rotativos Resfriadores de leito fluidizado Engenharia 5 2

Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana Comparação entre as plantas de cana-de-açúcar e de beterraba Sistemas para a extracção da cana e da beterraba Sistema de extração BMA: tecnologia do processo Torre de extração BMA: Princípio de acionamento Comparação do consumo de vapor e energia Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA 6 Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana Comparação entre as plantas de cana-de-açúcar e de beterraba Sistemas para a extracção da cana e da beterraba Sistema de extração BMA: tecnologia do processo Torre de extração BMA: Princípio de acionamento Comparação do consumo de vapor e energia Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA 7 3

Cana de açúcar (Saccharum species hybrid) Armazenagem do açúcar nos gomos do caule 8 Beterraba sacarina (Beta vulgaris saccharifera) Tipo bienal, a colheita se da no primeiro ano 9 4

Beterraba sacarina e cana de açúcar Armazenamento do açúcar nas células Cana de açúcar Açúcar armazenados principalmente nas células do parênquima Localizadas nos gomos Células Longas e grandes Estrutura intercelular rigida Beterraba sacarina Açúcar armazenado principalmente nas células do parênquima (70%) Espalhados por toda a raiz Suco celular confinado pela membrana celular, constituída de lipídios e proteínas Pressão osmótica propociona a rigides 10 Beterraba e cana de açúcar: Composição do material vegetal Composição [%] cana de açúcar beterraba água 73.0 76.0 75.0 77.0 substância seca 24.0 27.0 23.0 25.0 de que: compostos insolúveis 11,0 16,0 4.0 4.5 compostos solúveis 10.0 16.0 18.0 20.0 de que: sacarose 7.5 15.0 14.0 20.0 não-sacarose aprox. 3.0 2.5 3.0 (principalmente mono saccharids) (betaína) Composição dos insolúvels fibra marc compostos [% em substância seca] celulose 38 43 21 24 hemiceluloses 27 32 22 31 pectina 20 48 lignina 20 23 2 7 cinzas aprox. 1 aprox. 2 11 5

Beterraba sacarina: desnaturação da membrana celular pela aplicação de temperatura Porcentagem da desnaturação depende temperatura duração da aplicação da temperatura Temperatura > 50 C Membrana celular se destaca da parede celular e libera o suco celular 90% das células são desnaturadas após 30 minutos a 60 C após 15 minutos a 70 C após 8 minutos a 80 C 12 Beterraba sacarina: Fator limitante da desnaturação da membrana celular: destruição de pectina 1-2% de conteúdo de pectina na parede celular temperaturas superiores a 80 C: paredes celulares começam a derreter (pectina) com valores de ph aprox. 4: a destruição da pectina se mantem em nívels baixos A temperatura ideal para extração de beterraba é de 72-74 C Pelo fato da inversão da sacarose ocorrer com ph baixo, o valor ideal é de 5,0-5,5 13 Geschwindigkeit der Pektinauflösung 6

Pré-tratamento da cana para extração Experimentos realizados em 2010 na Uni. de Clausthal Pré-tratamento da cana com temperatura de até 95 C por várias horas Nenhuma mudança na rigidez e no coeficientes de difusão Variação do valor de ph Nenhuma mudança na rigidez e no coeficientes de difusão A cane comporta se como um amortecedor de ph - mantém o valor de aprox. 5.5 ph 2 9 12 AiF Förderkennzeichen KF2379101WZ9 14 Conclusões sobre as diferenças morfológicas da cana e da beterraba sacarina Cana de açúcar Abertura mecanica das células (Índice de Preparação) Temperatura não afeta estrutura da celular Controle do ph imposível Beterraba sacarina Abertura das células por aquecimento (tempo de aquecimento) Aquecimento não deve ser com temperatura demasiado para não derreter á pectina Valor de ph: moderado/baixo Secagem à aprox. 50% de umidade Controle de infecção (Leuconostoc) 15 Secagem adequada necessita adicão de gesso (ions de calcio) Controle de infecção (bactérias do ácido láctico) 7

Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana Comparação entre as plantas de cana-de-açúcar e de beterraba Sistemas para a extracção da cana e da beterraba Sistema de extração BMA: tecnologia do processo Torre de extração BMA: Princípio de acionamento Comparação do consumo de vapor e energia Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA 16 Extração do açúcar da cana Moendas e difusores de cana desfibrado Moenda: Processo mecânico Remoção - aplicando pressão sôbre células Difusor Processo físico Remoção - lavagem em contra corrente fluxo de àgua Water Cane Bagasse Cane Bagasse Juice Juice 17 8

Extração do açúcar da beterraba sacarina Tipos de sistemas de extração - beterrabas fatiadas BMA tower type DDS trough type RT drum type 18 DeSmet trough type Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana Comparação entre as plantas de cana-de-açúcar e de beterraba Sistemas para a extracção da cana e da beterraba Sistema de extração BMA: tecnologia do processo Torre de extração BMA: Princípio de acionamento Comparação do consumo de vapor e energia Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA 19 9

Sistema de extração BMA Misturador de fatias BMA Torre extração BMA Equipamento periferico p. ex.: trocador de calor, bombas, separador de areia, antiespumante, tanques 20 Sistema de extração BMA Fluxo do processo 21 10

Misturador de fatias BMA durante a montagem (6000 t/d) 22 Misturador de fatias BMA Perfil de temperatura 80 70 cossette feed temperatur [ C] 60 50 40 30 20 10 raw juice draft 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 trough length [m] 23 to tower 11

Torre extração BMA Características do processo extração em contra-corrente fatias ficam totalmente submersas perdas de açúcar 0,10-0,25% matéria seca da polpa extraída 10-12% mais de 360 sistemas BMA foram vendidos desde 1950 tamanho máximo das sistemas: 15.500 t/d 24 Sistema de extração BMA Balanço termico típico Beets 100 % o.b. 10 C Raw juice CCC mixer t = 71 C 110 % o.b. 23 C 320 % o.b. 80 % o.b. 78 C 73 C Defoamed juice Steam 1.0 % o.b. Fresh water 27% 60 C Press water 37 % o.b. 66 C Steam 1.1 % o.b. Heat losses Extraction tower t = 70 C 25 Wet pulp 54 % o.b. 66 C Circulation juice 330% 70 C Pressed pulp 17 % o.b. 12

Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana Comparação entre as plantas de cana-de-açúcar e de beterraba Sistemas para a extracção da cana e da beterraba Sistema de extração BMA: tecnologia do processo Torre de extração BMA: Princípio de acionamento Comparação do consumo de vapor e energia Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA 26 Torre extração BMA: Princípio de acionamento engrenagem e pinhões (1) SEGMENTED BULL GEAR TORQUE SUPPORT PINION CARRIAGE SPRING SUPPORT Engrenagem segmentada Maior precisão geometria da engrenagem Maior tamanho do dente Menor relação entre pinhão e engrenagem Maior relação da caixa de engrenagens do pinhão Material da engrenagem: Kymenite (tratado termicamente, maleável, ferro fundido) Material do pinhão: aço cementado 27 13

Torre extração BMA: Princípio de acionamento engrenagem e pinhões (2) 28 Torre extração BMA: Princípio de acionamento engrenagem e pinhões (3) Acionamento pela partir superior Velocidade variável por conversores de freqüência Caixas de engrenagens planetárias Melhor equilíbrio de forças Acoplamento de segurança atuado comc limitador de torque prevenindo contra sobrecargas causadas por operação ou falha elétrica Controle de torque a através da medição 29 14

Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana Comparação entre as plantas de cana-de-açúcar e de beterraba Sistemas para a extracção da cana e da beterraba Sistema de extração BMA: tecnologia do processo Torre de extração BMA: Princípio de acionamento Comparação do consumo de vapor e energia Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA 30 Equipamentos de extração Difusor versus Torre de extração (1) Extração de cana com difusor 10,000 TCD Extração de beterraba com torre de extração 10,000 t/d Desfibrador Máquinas de fatiar Misturador de fatias contra-currente diam. 6,7 m x 8,5 m comprimento Difusor 12 m largura x 65 m comprimento Moendas de secagem Torre de extração diam. 10,6 m x 34 m altura total Prensa de secagem 2 BMA HP 4000L Equipamento periferico p. ex.: trocador de calor, bombas, tanques 31 Equipamento periferico p. ex.: trocador de calor, bombas, separador de areia, antiespumante, tanques 15

Equipamentos de extração Difusor versus Torre de extração (2) Extração de cana com difusor 10,000 TCD incluindo desfibrador e moendas de secagem Potência instalada aprox. 15 kwh/t de cana Consumo de vapor aprox. 10 % sobre a cana Caldo 120% s. c., 70 C Taxa de extração minimum 98,0 % Extração de açúcar de beterraba com planta de extração torre 10,000 t / d incluindo cortadores e prensas Potência instalada aprox. 5 kwh/t beterraba Consumo de vapor aprox. 2 % sobre beterraba Suco natural de projecto 110 % s. b., 28 C Taxa de extração minimum 98,5 % Material empregados: aço carbono, algumas peças em aço inoxidável 32 Material empregados: peças com contato: aço inoxidável Comparação entre a Extração de Açúcar da Beterraba e da Cana Comparação entre as plantas de cana-de-açúcar e de beterraba Sistemas para a extracção da cana e da beterraba Sistema de extração BMA: tecnologia do processo Torre de extração BMA: Princípio de acionamento Comparação do consumo de vapor e energia Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA 33 16

Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA Sugar beet Sugar cane Diffusion B Diff battery (batch) BMA B extraction ExtrT tower Cane C Mühlen mills BMA C extraction ExtrT tower C Diffus C Diffus elevados custos de operação perdas elevadas de açúcar baixa capacidade 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 34 Desenvolvimento histórico dos sistemas de extração de açúcar na BMA Sugar beet Sugar cane Diffusion B Diff battery (batch) BMA B extraction ExtrT tower Cane C Mühlen mills BMA C extraction ExtrT tower BMA C Diffus bagasse diffuser BMA C Diffus cane diffuser elevados custos de operação perdas elevadas de açúcar baixa capacidade mecanicamente difícil de operar perdas de açúcar superior à tandem de moendas 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 35 17