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Title:
METHOD FOR OBTAINING WHITE SUGAR FROM CANE JUICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/131937
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for obtaining white sugar from cane juice, characterised in that it involves: obtaining sugar colours of between 300 and 150 ICUMSA units, with a sulphite content no greater than 5 ppm and an ash content no greater than 0.2% in the case of white sugar and in the case of refined sugar with colours less than 40 UI, less than 5 ppm sulphites and less than 0.04 % ash, using fewer chemical products and devices and comprising the formation of reducing sugars; as well as optimising the production time, reducing deterioration, making the process and the chemical products more efficient and preventing SO2 contamination. The method is characterised in that it simplifies the traditional method of obtaining white sugar using elemental sulphur, eliminating prealkalinization and sulphiting and the respective machinery and equipment and reducing the number of chemical products, such as lime, phosphoric acid, sulphur and activated carbon, in order to aggregate only sodium metabisulphite optionally complemented with monosodium phosphate in juice with pH values of 4 to 6.6 prior to any process involving the clarification of juice, cane syrup or molten liquor.

Inventors:
ALAVÉS BOLAÑOS, Mario (Hamburgo No. 128, Col. Valle DoradoC.P. Tlalnepantla, Estado de México, 54020, MX)
Application Number:
MX2010/000002
Publication Date:
November 18, 2010
Filing Date:
January 11, 2010
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Assignee:
ALAVÉS BOLAÑOS, Mario (Hamburgo No. 128, Col. Valle DoradoC.P. Tlalnepantla, Estado de México, 54020, MX)
International Classes:
C13B20/00; C13B20/06; C13B20/10; C13B20/12
Attorney, Agent or Firm:
ALAVÉS AGUIRRE, Adrián (Hamburgo No. 128, Col. Valle DoradoC.P. Tlalnepantla, Estado de México, 54020, MX)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Un proceso para Ia obtención de azúcar blanca y refinada, caracterizada porque comprende las siguientes etapas: i) Clarificación de jugo de caña mediante la adición de una solución acuosa de metabisulfito de sodio grado alimenticio complementado al 50% en peso, en una proporción de entre 50 y 250 ppm de metabisulfito de sodio por cada metro cúbico de jugo diluido, ii) añadir Ca(OH2) al producto obtenido en el paso anterior hasta lograr un pH de entre 7.0 - 7.2, iii) calentar el jugo producto del paso anterior a 102-1040C1 iv) añadir poliacrilamida de alto peso molecular de entre 20 y 40 millones de peso molecular con una carga aniónica de 30-35% diluido al 0.1% en el jugo, v) clarificar por decantación, vi) preevaporar y evaporar el jugo clarificado producto del paso anterior hasta obtener un jugo concentrado de 60° a 65° Bx, vii) añadir metabisulfito de sodio al producto obtenido en el paso anterior en igual concentración que el paso del inciso i), viii) agregar ácido fosfórico de 100 a 200 ppm, ix) agregar Ca(OH2) hasta obtener pH de entre 6.2 a 6.4, x) calentar de 82 a 860C, y xi) agregar poliacrilamida de alto peso molecular de entre 20 y 40 millones de peso molecular con una carga aniónica de 20 a 30% y aire en miniburbujas por medio de un cavitador.

Description:
MÉTODO PARA OBTENER AZÚCAR BLANCA DE JUGOS DE CAÑA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método para Ia obtención de azúcar blanco o refinada del jugo de caña, caracterizada por obtener: l)colores de azúcar compuesto de 300 a 150 unidades ICUMSA, con una cantidad de sulfitos no mayor de 5 ppm, y cenizas no mayores de 0.20%, en el caso de azúcar Blanco y en el caso de Azúcar refinado con colores menores a los 40 Ul, sulfitos menores de 5 ppm y cenizas menores de 0.04%.2) con Menor Cantidad de productos químicos, 3) Menor cantidad de equipos 4)Menor formación de azúcares reductores, 5) Optimizar el tiempo de fabrica, y 6)disminuir el deterioro del equipo. 7) eficientar el proceso y productos químicos. 8) evitar contaminación del campo, ciudades y mantos acuíferos con SO 2 . En particular este método se caracteriza por: l.-Agregar metabisulfito de sodio complementado o no con fosfato monosódico al jugo diluido o también llamado mezclado.

2.-Encalar el jugo con cal química (Ca(OH 2 )) para aumentar el pH de 5-0 -5.5 del jugo tratado con el producto en cuestión a 7.0 - 7.2,

3.-Se calienta el jugo tratado de 102-104 0 C, en equipos calentadores usando el vapor de escape de las turbinas para generar vapor. 4.- Se agrega floculante del tipo POLIACRILAMIDA, de alto peso molecular de 20 a 40 millones de PM, con una carga aniónica de 30-35% diluido al 0.1% en el jugo y llega a un equipo clarificador que atrapa y decanta el lodo formado por las impurezas precipitadas por Ia acción del metabisulfito complementado o no por fosfato monosódico, cal y acido fosfórico en caso de necesitarlo, obtenido un jugo brillante y traslucido llamado aquí jugo claro. 5.- La cachaza o lodo, entra a un proceso de filtración donde una parte se desecha como un lodo comprimido denominado cachaza y Ia otra parte denominada jugo filtrado que normalmente se retorna al tanque de alcalizado.

6,- Con este proceso, se puede retornar al jugo Clarificado o limpio para continuar su proceso, por obtención en Ia práctica de un jugo filtrado limpio, con reductores y colores similares a los del jugo claro.

7.- Posterior a esto, entra a una etapa de pre-evaporación y evaporación para eliminar agua quedando Un jugo concentrado de 60° a 65° Bx, llamado meladura. En algunas Fabricas de azúcar ahí termina el proceso de clarificación para posteriormente entrar al proceso de cristalización, centrifugación, lavado, secado y empacado o granel. Este azúcar llamado estándar o sulfitado caracterizado por tener colores de 300 a 240 Ul (unidades ICUMSA), sulfitos menores de 5 ppm y cenizas menores de 0.2%. 8.- Para eliminar más contaminantes en algunas fábricas se utiliza Ia clarificación de meladura a diferencia de Ia clarificación por decantación, en esta etapa se hace Ia clarificación por flotación. El cual consiste en agregar ácido fosfórico de 100 a 200 ppm, alcalizar con cal química a pH de 6.2 a 6.4, calentar Ia meladura de 82 a 86 0 C y agregar un floculante tipo POLIACRILAMIDA de alto peso molecular y de carga aniónica, de 20 a 30% y aire en miniburbujas por medio de un cavitador iniciando un proceso de clarificación por flotación donde se obtiene una meladura clarificada con baja turbidez y color. Si a este proceso Ie adicionamos Metabisulfito de sodio en el tanque de meladura cruda y antes de aplicar el acido fosfórico se disminuye del 30 al 50% en turbidez y color para entrar a su siguiente etapa de cristalización. En otros ingenios ahí termina el proceso de clarificación de jugo y meladura para seguir con su etapa de cristalización centrifugado o lavado y secado para empaquetado o venta a granel. Esta azúcar se caracteriza por tener calidad de 250 a 150 Ul en color, sulfitos menores de 5 ppm y cenizas menores de 0.2%.

9.- para eliminar aún más contaminantes se utiliza el proceso de refino o refinería que consiste principalmente de fundir con agua caliente el azúcar y pasarla por un proceso de clarificación agregando acido fosfórico, Alcalizar a pH de 6.0 a 6.2, calentar el licor fundido, agregar en algunas ocasiones un decolorante orgánico tipo Poliamina y siempre un floculante tipo Poliacrilamida de baja carga aniónica 7% a 10%),se clarifica, por flotación, agregando acido fosfórico, cal química y carbón activado, se filtra y sigue su proceso de cristalización, centrifugación, lavado y secado, para su empaque. En este proceso si se Ie agrega el metabisulfito de sodio en el tanque de licor fundido, antes de aplicar el acido fosfórico, se obtiene una disminución en color del 20 al 30%, para obtener azúcar blanca con colores menores a los 40 Ul, sulfitos menores de 5 ppm y cenizas menores de 0.04%. 10,- Para obtención de azúcar estándar de colores de 150 a 240 Ul, sulfitos menores de 5 ppm y cenizas menores de 0.2%.

El color del azúcar dependerá de Ia cantidad de metabisulfito de sodio que se agregue en el proceso, tanto en el jugo diluido como en Ia meladura cruda. Una dosis promedio es de 100 ppm en el jugo diluido, base jugo y 200 ppm en Ia meladura cruda, base meladura. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

En un estudio realizado por El colegio de postgraduados campus Veracruz y Ia Fundación Produce de Veracruz, A.C., sobre el azúcar en México, se comenta que: "Para Ia industria de Ia transformación, en el pasado se empleaban equipos con menor eficiencia, y que se caracterizaban por usar una considerable magnitud de petróleo, energía, los cuales requerían para ser operados un mayor número de jornadas de trabajo. El rendimiento era menor, así como Ia calidad del producto. El proceso productivo en fábrica generaba contaminación y los rendimientos obtenidos eran menores por diferentes circunstancias: menor preparación de Ia caña, imbibición menos eficiente, clarificación más lenta, etc., algunos de los elementos señalados a su vez provocaban mayores pérdidas de sacarosa en mieles, bagazo y cachaza.

Actualmente Ia operación de los equipos se encamina por un derrotero distinto a Io anterior, en algunos de sus aspectos: los equipos funcionan con un menor consumo de petróleo, energía y mano de obra. Los rendimientos son mayores al igual que Ia calidad del producto. Los equipos utilizados actualmente tienen una buena dosis de elementos comunes con los equipos del pasado inmediato, Ia contaminación, aun cuando se observan algunos elementos por contrarrestarla sigue siendo un problema. "El principio de Ia producción de azúcar a través del tiempo no se ha modificado, sigue siendo esencialmente el mismo, Ia extracción del jugo de caña, Ia clarificación (Coladores, Sulfitación, Neutralización, Calentador, Clarificador, Filtros de cachaza), evaporación y cristalización. Sin embargo, ha evolucionado el equipo con el cual se llevan a cabo estos procesos (nuevos materiales, automatización y control), alcanzando así, una mayor eficiencia y rapidez en Ia Industria azucarera, impactando directa y benéficamente en Ia calidad del producto final. Dentro de las innovaciones a incorporar en las fábricas de caña, destaca los evaporadores de película, refinerías con sistemas de ultrafiltración "crudo" e instalación de columnas de intercambio iónico y los arreglos termoenergéticos en general. Se dice también que "Para Ia optimización del proceso industrial de transformación, se necesitará imponer el establecimiento de: "TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN MAS LIMPIAS" que incluye rebalances de materia y energía para lograr autosuficiencia termoenergética y de agua; reducción dramática del impacto de los residuales al medio ambiente (agua y energía) y bioremediación de áreas contaminadas (suelo y vasos receptores).

Para contribuir a Ia reducción del costo de producción en Ia fábrica; una vez modificados los balances fundamentales, es recomendable: reducir el número de unidades en operación (menos equipos con mayor capacidad individual). Con ello, se reducirían los gastos de explotación y mantenimiento; promover Ia continuidad de las operaciones intermitentes (tachos y centrífugas) y evitar recirculación de materiales de bajas purezas (Suprimir las templas de C).

Y por último se ha dicho que "Para atenuar Ia destrucción de equipos y componentes sujetos a fricción y desgaste abrasivo/corrosivo; deberá impulsarse Ia investigación aplicada hacia el empleo de materiales termoplásticos así como Ia utilización de aceros inoxidables y teflón ya que (hay que recordar que se trata de una industria productora de alimentos)."

El azúcar blanco obtenido con los métodos descritos, tiene una calidad de: colores Ul de 220 a 300, sulfitos de 8 a 10 ppm, cenizas de 0.2 a 0.4%.

Se tienen como referencias patentes de clarificación de jugos de caña usando como base el ácido sulfuroso, pero siempre partiendo del SO 2 formado por Ia quema de azufre. Estas patentes son CN1206082, CN1068145, CN1121113, US4076552, y CU33740.

FINALIDAD DE LA INVENCIÓN.

La invención se refiere a producir azúcar blanco caracterizado por tener:

1) colores de azúcar compuesto de 300 a 150 unidades ICUMSA, con una cantidad de sulfitos no mayor de 5 ppm, y cenizas no mayores de 0.20%, en el caso de azúcar Blanco y en el caso de Azúcar refinado con colores menores a los 40 Ul, sulfitos menores de 5 ppm y cenizas menores de 0.04%.

2) disminuir Ia cantidad de productos químicos, en su proceso 3) disminuir Ia cantidad de equipos y maquinaria en el proceso, 4) evitar Ia formación de azucares reductores por bacterias o diferenciales de pH en el proceso

5) optimizar el tiempo de fábrica

6) disminuye el deterioro del equipo.

7) Eficientar el proceso y productos químicos. 8) evitar contaminación del campo, ciudades y mantos acuíferos con SO2.

En sí, esta invención logra obtener azúcar blanco y refinado con las características antes mencionadas cop las siguientes ventajas:

1) Mejora Ia calidad del azúcar; a) en color por Ia efectividad en Ia reacción decolorante, clarificante y bactericida del metabisulfito de sodio, b) en contenido de sulfitos, por reaccionar el metabisulfito al 100% con el jugo, c) en cenizas por disminución del 30% de cal, formación de Sulfilo de Calcio, con el Calcio del jugo y otros contaminantes que son eliminados en Ia clarificación.

2) Evita el uso de: a) decolorantes orgánicos, como poliaminas y polidagmas, b) taninos modificados, c) zeolitas naturales d) el sistema de sulfitación con Ia quema de azufre elemental muy contaminante al medio ambiente, e) donadores de SO2, como sulfito de sodio, bisulfito de sodio, hidrosulfito de sodio, f) enzimas o peróxidos entre otras sustancias para bajar el color del azúcar g) disminuye Ia cantidad de cal y acido fosfórico que se agrega en el jugo diluido para obtener azúcar blanco y disminución de decolorante orgánico y carbón activado en Ia obtención de azúcar refinada. 3) Evita el uso, el tiempo y mantenimiento de equipos como a) Pre-alcalizadores, b) hornos, cámaras de sublimación y torres de sulfitación y c) Clarificadores para jugos filtrados.

4) La acción anti-bacteriana del metabisulfito aplicado en esta parte del proceso: a) evita el deterioro del jugo a Io largo del proceso. b)se minimiza Ia pérdida de azúcar, ya que no existe diferencial de pH entre el jugo diluido y el purificado con metabisulfito complementado o no con Fosfato monosódico.

5) A.- Optimiza el tiempo de fabrica a) al eliminar Ia pre-alcalización, sistema de sulfitación en el proceso tradicional con quema de azufre y clarificación de jugo filtrado, ahorrando tiempos de retención y reproceso del jugo filtrado.

B.- disminuye el deterioro y desgaste interno de los equipos: a) dicho producto disminuye las condiciones corrosivas de Ia maquinaria, por tener un pH igual al del jugo diluido, es decir; mayor al del sulfitado con quema de azufre b)No produce sustancias que formen taponamientos en el proceso qué afectan el tiempo en fabrica, c)disminuyen las sustancias que provocan incrustaciones que afectan Ia eficiencia calórica y de energía en los evaporadores y no contamina el azúcar por esta degradación de Ia maquinaria (Fe soluble), causante de aumento de color en el almacenamiento, reduciendo Ia cantidad de sulfitos y cenizas en el azúcar.

6) Este proceso a diferencia del proceso tradicional de quema de azufre, no genera emisiones al ambiente de SO 2 .

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA TÉCNICO.

1) La tendencia de Ia industria mundial a Ia cosecha mecánica de Ia caña, obliga a encontrar nuevos procesos en fábrica para combatir Ia suciedad, tierra y contaminación bacteriológica desarrollada en cada corte, que dificultan Ia obtención de azúcares con Ia calidad exigida por el mercado. A esto sumado, Ia exigencia mundial de nuevas practicas de producción mas limpias.

2) La cantidad de productos químicos utilizados en Ia fábrica son elementos susceptibles a contaminar y degradar el azúcar, y al ambiente, así como Ia elevación de los costos en Ia fábrica que repercuten directamente al margen de utilidad, en el caso de: A)azufre elemental, B)cal viva, C)Acido fosfórico D)decolorantes orgánicos tipo poliaminas y polidagmas E)carbón activado y F)Floculantes tipo poliacrilamida de alto peso molecular, son elementos indispensables para Ia obtención de un azúcar de mejor color y calidad en sus diferentes procesos de clarificación, ya sea en jugo, meladura o licor fundido para refinería, Ia disminución de los mismos ayudaría significativamente en los objetivos costo calidad sin afectar el medio ambiente o el producto.

A) El azufre en si aparenta tener un costo relativamente bajo en el mercado sin embargo representa uno de los costos más elevados en el proceso, donde se utilizan normalmente de 100 a 300 ppm base jugo en Ia totalidad del proceso, incurriendo en gastos de: a)producto, transporte y almacenamiento especial b)controles, restricciones o permisos con el gobierno o ejercito por tratarse de un elemento precursor de explosivo, c)costos ecológicos por las emisiones de gas a Ia atmósfera degradando campos y mantos acuíferos, Ia forma de agregarlo al jugo, ya sea por torre de sulfitación o equipos eyectores, son al vacío y Ia burbuja de SO2 llevada al jugo es de gran tamaño, quedando solo una pequeña porción del SO2 (menos de 30% del SO2 formado), el resto 70% se va a Ia atmósfera como SO2, que al combinarse con Ia humedad del aire forma ácido sulfúrico, d) costos de mantenimiento, correctivo, preventivo y de reparación en el sistema de sulfitación, así como Ia degradación en toda Ia fabrica por dentro y por fuera debido a Ia capacidad corrosiva del acido sulfúrico generado por el azufre, sin contar Ia calidad de azúcar afectada por estos problemas, e) Ya que no es ajustable Ia quema de azufre a los cambios de flujo del jugo, Ia calidad del azúcar obtenido tiene picos muy pronunciados en su color afectando el color del azúcar compuesta demeritando Ia calidad de Ia misma, f) Cuando hay paros en el molino, no se puede apagar el horno, porque requiere de 4 a 5 horas para encenderlo, desperdiciando y contaminando en este tiempo, g) Costo de oportunidad por azucares reductores llevadas a perdidas indeterminadas por el diferencial de pH, ya sea por querer aumentar Ia cantidad de azufre buscando calidad o por simples movimientos del flujo en su proceso sin poder controlar Ia cantidad de azufre, el SO2 formado de esta manera al entrar en contacto con el jugo diluido disminuye el pH del jugo que normalmente es de 5.0 a 5.5, a valores de 4.0 a 4.5, esto favorecen Ia inversión de sacarosa, formando azúcares reductores, h) Una sobredosis de SO2 al jugo diluido, causa incrustaciones severas en los evaporadores y corrosión por formación de ácido sulfuroso y desprendimiento de SO2 generando desperdicio de energía y limpiezas severas y continuas de los evaporadores. i) Costos de oportunidad en el mercado por no atender aspectos ecológicos, solicitados por clientes o normas internacionales como el ISO 14000 entre otras, y j) El Latente riesgo de trabajo en Ia quema de azufre elemental.

B) Cal, el uso de cal es uno de los factores más sensibles para a) generar residuos contaminantes en el azúcar, b) generar incrustaciones en los evaporadores y Ia disminución del mismo seria de gran ayuda al proceso

C) Acido Fosfórico, ya que es un complemento del jugo para poder hacer Ia reacción química junto con Ia cal calentamiento y el floculante, y este está determinado por el nivel de fosfatos que contenga de por si Ia caña, Ia disminución del mismo contribuye a reducir los costos de productos químicos ocupados en Ia fábrica. D) Decolorante orgánico aplicado en refinería como coadyuvante para disminuir el color, su disminución contribuye a un mejor costo.

E) Carbón activado, por los altos costos, una disminución del mismo contribuye a reducir costos de productos químicos. F) Floculantes tipo poliacrilamida, Una buena preparación, aplicación y control de dosis del floculante, nos ayuda de igual forma a reducir los costos de fabricación. 3) Ya que todos los equipos representan un costo en su mantenimiento, operación, reparación, espacio y tiempo de retención es indispensable buscar alternativas para disminuir Ia cantidad de estos en el proceso. 4) El tiempo de degradación del jugo representa el elemento más sensible en Ia producción de azúcar ya que conforme va pasando el tiempo en el jugo existen mayor numero de azucares reductores por Ia reproducción de bacterias, mermando el rendimiento de Ia fábrica, los azúcares reductores tienen un efecto nocivo en Ia viscosidad de las masas cocidas, aumentándola de tal forma que provoca mala formación del cristal y dificultad para manejar el magma.

Los azúcares reductores se combinan con compuestos aminados y dan formación de color en el azúcar final.

5)Por consecuencia el tiempo que se Ie dedique a cada proceso en Ia producción de azúcar tendrá que ser Io más eficiente para maximizar Ia obtención de sacarosa, esto implica un buen funcionamiento de los productos químicos que ayudan al proceso para mejorar su eficiencia, donde encontramos deficiencias en los bactericidas y quema de azufre por no controlar el aumento de azucares reductores en su totalidad por Ia bacteria, y en el caso del azufre solo alrededor del 30% de Ia producción de SO2 al quemar azufre se queda en el jugo, Io demás se va a Ia atmósfera, se combina con Ia humedad del aire mismo y forma ácido sulfúrico, haciendo que Ia mezcla de SO2 y el ácido sulfúrico al entrar en contacto con el jugo diluido, baje su pH a valores de 4.0 a 4.5 que son favorecedores a inversiones de Ia sacarosa en el jugo diluido a glucosa y fructuosa, llamados azúcares reductores. En esta parte del proceso se tienen perdidas de sacarosa por inversiones del 0.2 a 0.4%. 6) Evitar el deterioro de Ia fábrica, ya que Ia maquinaria es uno de nuestros activos más importantes, debemos de cuidar que el tiempo de uso sea el mayor posible para lograr los objetivos financieros de Ia empresa, para esto necesitamos evitar productos corrosivos que degraden por dentro y por fuera nuestros equipos, por dentro de Ia fábrica, pH menores a 4.5 son susceptibles a corrosión del Fierro a sales ferrosas que desgastan los equipo, y por fuera el SO2 que sale a Ia atmósfera en combinación con Ia humedad del aire, se convierte en acido sulfúrico, altamente corrosivo al equipo y estructura del ingenio.

7) y debido a que el proceso depende de Ia acción calórica del jugo en sus diferentes etapas, necesitamos que los productos que utilicemos no sean agentes que incrusten las tuberías ni los evaporadores donde es un punto sensible en el tiempo de retención y eficiencia para deshidratar el jugo y pasarlo a meladura, como sucede en el caso de Ia quema de azufre, una sobredosis de SO2, arriba de su punto de saturación, actúa sobre el precipitado de sulfito de calcio (CaSO3) formado en Ia sulfitación y que sirve para eliminación de coloides, disolviéndose en el jugo diluido y formando CaH(SO3) sulfito ácido de calcio, que al entrar a los evaporadores , forma ácido sulfuroso causante de corrosión y sales de sulfito que causan incrustaciones severas en los tubos.

8) Por último como todo proceso de transformación Ia productividad y Ia ecología deberán de ir de Ia mano para evitar un círculo vicioso en Ia degradación del campo, agua, aire para dar opción a sistemas amigables al ambiente que eviten este deterioro. Contaminación atmosférica por SQ2,

El usar quema de azufre para sulfitar, formándose SO2 a temperaturas de 200 0 C, solo se incorpora al jugo diluido una pequeña cantidad del SO2 formado en el horno de azufre, no es fácil de cuantificar pero estimamos que solo se queda en el jugo del 25 al 40%, por cualquier método que use el ingenio y que todos son al vacío. El resto del SO2 60 al 75% se va a Ia atmósfera, formando con Ia humedad del aire, ácido sulfúrico y formación de lluvia acida.

Usando el metabisulfito de sodio al entrar en contacto en forma líquida y a Ia misma temperatura, Ia donación que hace el producto de 60 a 65% de SO2, se queda 100% en el jugo y no existe ninguna contaminación al medio ambiente.

Por parecerme importante como ejemplo el promedio de SO2 que requiere un ingenio para obtener azúcar blanca sulfitada es de 300 ppm (gramos de SO2 por tonelada de caña molida, como SO2).Un ingenio que muele 10,000 toneladas de caña por día , requiere 3,000 kilos por día de SO2. Se va a Ia atmósfera 2,100 kilos diarios. Solo en México se muelen más de 55 millones de ton de caña en Ia zafra de 6 meses, Io que representa 16,500 toneladas de SO2 requeridos y una contaminación de 11,550 toneladas de SO2 en los meses de diciembre a junio.

SOLUCIÓN AL PROBLEMA TÉCNICO. Para resolver el problema técnico del proceso de azúcar blanca y refinada y lograr: l)colores de azúcar compuesto de 300 a 150 unidades ICUMSA, con una cantidad de sulfitos no mayor de 5 ppm, y cenizas no mayores de 0.20%,

2) con Menor Cantidad de productos químicos,

3) Menor cantidad de equipos, 4) Menor formación de azúcares reductores, 5) Optimizar el tiempo de fábrica.

6) Disminuir el deterioro del equipo.

7) Eficientar el proceso y productos químicos.

8) evitar contaminación del campo, ciudades y mantos acuíferos con SO2. Como una solución a los puntos arriba planteados, se usa el método descrito enseguida:

Clarificación de jugo

1) se usa el nuevo proceso de purificación y desinfección del jugo aplicando metabisulfito de sodio grado alimenticio, con bajo contenido de metales pesados, complementado o no con fosfato monosódico, se adiciona al jugo de caña después de salir de los molinos, haber pasado por el proceso de imbibición y filtración, haber quitado el proceso de pre-alcalización y mezclarlo uniformemente en el jugo diluido o mezclado con un tiempo de retención mínimo de 10 minutos antes de entrar al proceso de encalado, caracterizado este proceso de purificación y desinfección por: A.-EI uso del metabisulfito de sodio complementado o no con fosfato monosódico en las condiciones del jugo diluido, con temperaturas de 30 a 4O 0 C, pH de 5.0 a 5.5, Sólidos de 14° a 16° Bx y sacarosa de 12 a 16% y tiempos de contacto de 10 a 15 minutos antes de haber adicionado Cal, con el fin de: a) liberar SO2 que blanquea el jugo, El método de usar metabisulfito de sodio en esta etapa del proceso evita Ia formación de color en el jugo debido a que el SO2 contenido en Ia fórmula del metabisulfito de sodio reacciona con algunos componentes del jugo para bloquear algunas reacciones colorantes (reacción de Maular) y evita Ia formación de azucares reductores que aportan color al jugo. b) Usarlo como bactericida desde Ia primera etapa del jugo diluido para evitar degradación del jugo o azucares reductores, del mismo modo además de blanquear y purificar el jugo diluido, actúa como bactericida, ayudando al control microbiológico, donde Ia bacteria "leucanostoc mesenteroides" descompone Ia sacarosa en azúcares reductores (glucosa y fructuosa), que no cristalizan y quedan en Ia contabilidad azucarera como perdidas indeterminadas. c) Precipitar coloides que no Io hace Ia sulfitación con Ia quema de azufre u otras fuentes de S02. La remoción del color y turbidez dependerá de los precipitados que se generen al reaccionar el metabisulfito de sodio, complementado o no con fosfato monosódico, con impurezas del jugo, cal y Ia temperatura. Los componentes del jugo purificado y desinfectado con dicho proceso, por una parte con los Fosfatos adicionados al jugo como fuentes externas como Io puede ser el acido fosfórico u otros incluyendo el Fosfato monosódico (complemento de este producto), o fosfatos propios del jugo que se encuentren en niveles superiores de 150 - 200 ppm formarán Fosfato tricalcico que con Ia ayuda del floculante tipo poliacrilamida de alto peso molecular atrapara algunos coloides donadores de color y turbidez en el jugo y por Ia otra el 35% de Ia fórmula del metabisulfito de sodio reaccionara con el calcio del jugo, Ia cal y Ia temperatura formando sulfito calcico, otro precipitado que atrapara otros coloides que con Ia ayuda del floculante eliminan otros componentes del jugo que aportan color y turbidez. B.- La dosis de aplicación varía de 50 a 200 ppm (gramos del producto por cada metro cúbico de jugo diluido (1000 litros de jugo diluido). De acuerdo a Ia calidad del jugo claro que se desea. Para determinar Ia dosis más adecuada, se efectúa prueba de clarificación en el laboratorio, como se detalla más adelante.

C- Reducir Ia cantidad de cal aplicada en el proceso de alcalización de un 20- 30% con respecto al proceso tradicional para aplicar así solo Ia cantidad adecuada para elevar el pH de (5.0 - 5.5) del jugo purificado y desinfectado con el metabisulfito de sodio complementado o no con fosfato monosódico a 7.0 - 7.4 denominado ya jugo alcalizado, Io que representa menor cantidad de impurezas y calcio agregados al jugo diluido. Da como resultado menores incrustaciones en los equipos calentadores y evaporadores del jugo. D. -La acción más importante es que comparativamente con el proceso de sulfitación con azufre donde el jugo diluido tiene bajas de pH de 4.0 a 4.5 y existe inversión de sacarosa en glucosa y fructuosa (azucares reductores), al agregar el metabisulfito de sodio , el pH en el jugo diluido queda con el pH de 5.0 - 5.5 inicial y se reduce Ia inversión de Ia sacarosa, dicho de otra forma se tienen menores azucares reductores. Esto da como resultado mayor recobrado de azúcar (aumenta el rendimiento de 0.2 a 0.4%) y un proceso posterior con menor aumento de viscosidad en las masas, formando mejor el grano de azúcar en los tachos y descargando con fluidez a centrifugas, donde el tiempo de lavado se puede disminuir en un 25%. Por Io tanto se puede elevar Ia cantidad de este producto para obtener mejores colores sin alterar el pH del jugo evitando formación de azucares reductores por Ia variación del pH.

E,- Calentar de 102 a 104 0 C en calentadores de jugo y eliminar gases en un tanque llamado "flash".

F.- pasarlo por un equipo clarificador decantador, donde ayudados con un floculante de alto peso molecular y carga aniónica de 30 a 35%, con dosis de 5 a 7 ppm (gramos por m3 de jugo diluido).

G.- Se obtiene un jugo claro con reducción de color Ul (Unidades lcumsa)de 20% mínimo dependiendo de las impurezas del jugo y Ia cantidad de metabisulfito de sodio complementado o no con fosfato monosódico que se Ie agregue, observando en transmitancia remociones del 40% a 60%, y una reducción de turbidez de 40% al 50%, que las obtenidas con Ia sulfitación con azufre. Clarificación de meladura.

2.- En algunos ingenios se clarifica Ia meladura para obtener mejor calidad de azúcar todavía, para llegar a colores de 150 Ul o menos. El aplicar metabisulfito de sodio a razón de 100 a 400 ppm (gramos de producto por m3 de meladura) se obtiene disminución de color en el orden de 1800 a 2500 Ul y en turbidez de 60 al 70% con respecto al proceso de Clarificación tradicional sin el metabisulfito de sodio obteniendo en meladura clarificada colores del orden de 8,000 a 9,000 Ul, y turbidez menores de 70 NTU, donde se pueden obtener colores de azúcar menores de 150 Ul y sulfitos (SO2) menores de 4 ppm. Para determinar Ia dosis, se hace una prueba de laboratorio como se detalla más adelante.

Clarificación en refinería.

3.- Para eliminar aún más contaminantes se utiliza el proceso de refino o refinería que consiste principalmente de fundir con agua caliente el azúcar y pasarla por un proceso de clarificación agregando acido fosfórico, Alcalizar a pH de 6.0 a 6.2, calentar el licor fundido, agregar en algunas ocasiones un decolorante orgánico y siempre un floculante de baja carga aniónica, clarificar por flotación, agregar carbón activado, se filtra y sigue su proceso de cristalización, centrifugación, lavado y secado, para su empaque o granel. En este proceso si se Ie agrega el metabisulfito de sodio justo antes de aplicar el acido fosfórico se obtiene una disminución en color del 20 al 30%, para obtener azúcar blanca con colores menores a los 40 Ul, sulfitos menores de 5 ppm y cenizas menores de 0.04%.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN. El Jugo clarificado La invención se trata de adicionar al jugo diluido de Ia caña de azúcar metabisulfito de sodio grado alimenticio complementado o no con fosfato monosodico, diluido en agua usando agitación mecánica a una concentración del 50% en peso y adicionarlo al jugo diluido a Ia salida de los molinos preparando Ia solución cada 4 horas. Se recomienda automatizar Ia dosificación del metabisulfito de sodio en solución acoplándolo al rotámetro del jugo diluido con un variador de frecuencia en Ia bomba dosificadora.

La aplicación se hace después de Ia filtración del jugo por medio de filtros rotatorios o tipo estacionarios, para eliminar bagacillo. Al jugo primario se Ie determina fosfatos libres, los que deben estar en el rango de 250 a 300 ppm, para que ayuden a Ia purificación del jugo. Contenidos menores de 200 ppm dé fosfatos libres tiene que ser suplidos con ácido fosfórico o fosfato monosodico en el orden de 50 a 100 ppm base caña molida. El ácido fosfórico o el fosfato monosodico se debe adicionar en el jugo diluido para formar fosfato tricalcico con el calcio que trae el jugo de Ia caña.

Al entrar en contacto el metabisulfito de sodio en solución con el jugo diluido, a Ia temperatura (30 a 5O 0 C) y pH (5.0 a 5.5), libera del 60 al 65% de SO2 y el resto forma un precipitado de sulfito de calcio CaSO3, que actúa como medio clarificante removiendo coloides. En este punto el pH del jugo diluido no cambia cuando se Ie adiciona el metabisulfito de sodio, como pasa con Ia sulfitación con Ia quema de azufre que Io baja a valores de 4.0 a 4.5.

El SO2 formado de esta manera se aprovecha al 100% por formarse a Ia misma temperatura que el jugo y en presiones atmosféricas. El tiempo de retención del metabisulfito de sodio antes de Ia alcalización debe ser de

10 a 15 minutos. El metabisulfito de sodio es sensible al pH o acidez del jugo, a menores pH libera más rápido el SO2.

En los ingenios azucareros que utilizan pre-alcalización se debe eliminar cuando se usa el metabisulfito de sodio porque no es necesario y puede causar descontrol en Ia adición de cal por no haber cambio en el pH, del jugo diluido al jugo tratado con metabisulfito de sodio.

DOSIS.-Las dosis varían de 50 a 250 ppm de metabisulfito de sodio por cada metro cúbico de jugo diluido. Para determinar Ia dosis se efectúan pruebas de laboratorio llamadas de clarificación o de jarras.

Pruebas de clarificación.

Para determinar las dosis iniciales del metabisulfito de sodio en el jugo diluido, se efectuarán pruebas de clarificación en el laboratorio, partiendo de Ia base que Ia cantidad de azufre en ppm que se aplica al jugo, se calcula Ia mitad de metabisulfito de sodio, es decir un ingenio que utilice 200 ppm de azufre base metros cúbicos de jugo, se usarán 100 ppm de metabisulfito de sodio, como sigue. a. -Tomar muestra de jugo mezclado, filtrado y sin tratar con ningún producto químico. b.- se toma una muestra de 500 mi en un recipiente para hervirlo. c- se Ie agregan 100 ppm de metabisulfito de sodio, equivalente a 50 mg. d.- si están usando ácido fosfórico, se Ie agrega en Ia misma cantidad que en el proceso. e.- se disuelve bien el metabisulfito de sodio en el jugo, mezclando por 10 minutos. f.- se agrega cal para aumentar el pH a 7.0 - 7.2. g.- se calienta a ebullición. h.- se pasa el jugo caliente a cada una de las probetas. i.- se Ie agregan diferentes floculantes a 5 ppm, para ver cual actúa mejor en Ia clarificación. j.- el que tenga mejor desplazamiento del precipitado formado y se vea un jugo transparente y brillante, se toma como prototipo para Ia dosis en el proceso. k.- se toma muestra del jugo clarificado y se Ie determina, Bx, Sacarosa y pureza; color icumsa, % de transmitancia, turbidez y azúcares reductores. Este resultado se compara con los datos obtenidos del jugo clarificado del proceso a Ia misma hora de Ia toma de muestra, ahí se puede apreciar las ventajas que ofrece este proceso de sulfitación con el metabisulfito de sodio, comparativamente con el usado quemando azufre. Se ha demostrado que los resultados obtenidos en una prueba de laboratorio es reproducible en el proceso. Aplicación en campo.

1) Después de obtener Ia dosis del metabisulfito de sodio en el laboratorio para aplicarlo al jugo mezclado, se calcula Ia cantidad en kilos del producto por hora. Por ejemplo una dosis de 100 ppm base caña molida para un ingenio que muele 10,000 toneladas de caña diarias, tendrá una dosis de 1000 kilos por día entre 24 hr., 41.66 kilos por hora.

2) Se debe preparar una solución al 50% en peso de producto para aplicarlo cada 4 horas. Con el mismo ejemplo anterior se tiene que agregar 166.64 kilos cada 4 horas, disueltas en 170 litros de agua. Esta solución tiene una densidad de 1.3 gr/cm3. Io que se deben aplicar 170+166.64/1.3= 260 litros cada 4 horas. 65 litros por hora, de una solución de metabisulfito de sodio, con un pH de 4.0 a 4.5 y densidad de 1.3 gr/cm3.

3) El punto de aplicación será en el tanque de jugo mezclado ya filtrado con filtro rotatorio o filtros estacionario, que eliminan el bagacillo. El Jugo clarificado con metabisulfito de sodio es caracterizado por:

A.- Contiene menos impurezas, mayor pureza de 1 a 1.5 puntos, menor turbidez de 40 a 50%, mejor transmitancia de 60 a 70%, menor color de 20 a 25%, comparado con el obtenido con el proceso de quema de azufre elemental. B.- Jugo con menos azucares reductores de 25 a 30%.

El Azúcar blanca obtenida con metabisulfito de sodio, es caracterizada por tener un menor color del 20 al 30%, un grano más uniforme, menor contenido de sulfitos ( menos de 5 ppm, como SO2). El azúcar estándar bajo Ia norma mexicana tiene como límite máximo 20 ppm de sulfitos (SO2), cenizas menores de 0.25%. Meladura clarificada.

Aplicación del MBS. metabisulfito de sodio a Ia meladura.

Para obtener colores menores de 150 Ul, además de aplicar el metabisulfito de sodio en el jugo diluido, se agrega a Ia meladura cruda a razón de 200 a 400 ppm, gramos de MBS por m3 de meladura.

La meladura equivale aproximadamente al 25% del jugo diluido, por el agua que se pierde en Ia evaporación y equivale a 50 ppm de gramos de MBS por m3 de jugo diluido.

CLARIFICACIÓN DE MELADURA. Para clarificar Ia meladura y obtener azucares de mejor calidad, se diseñaron equipos con Ia adición de ácido fosfórico y cal, complementados con adición de aire en forma de miniburbujas para hacer flotar los lodos formados rápidamente. El principio de este proceso es Ia formación de un precipitado de fosfato tricalcico que atrapa coloides y sólidos suspendidos en Ia meladura. Para hacer Ia flotación más eficiente se Ie agrega un floculante tipo poliacrilamida de mediana carga aniónica ( de 20 a 30%)y de mediano a alto peso molecular.

El equipo clarificador también llamado "flotador", forma una torta de lodos en Ia parte superior y debajo de ella se genera una meladura con menos turbidez y color, asegurando una mejor calidad del azúcar obtenido.

El uso de metabisulfito de sodio a una dosificación de 200 a 400 ppm base meladura

(gramos de MBS por tonelada de meladura), tiene un efecto de clarificación y blanqueo que mejora notablemente Ia meladura clarificada, reduciendo Ia turbidez y el color en mas del 20%, que Ia que se obtiene solo con el ácido fosfórico, cal y floculante. Para determinar Ia dosis más adecuada se utilizan pruebas de laboratorio como se explica en forma detallada en Ia página 21.

Aplicación del MBS al proceso de clarificación de meladura.

Después de obtener Ia dosis inicial de las pruebas de laboratorio, se calcula Ia cantidad de MBS que se tiene que aplicar al proceso de Ia siguiente forma: Supongamos como ejemplo un ingenio que muele 10,000 TM de caña por día y que Ia dosis inicial en las pruebas de laboratorio fue de 200 ppm ( mg de MBS por litro de meladura), jugo mezclado con 16° Bx y meladura de 65° Bx.

Se calcula de Ia siguiente manera Ia dosis en kg/hora.

10,000 TM de caña molida X 16/65 = 2,461.53 ton de meladura /día. 200 ppm de MBS = 200 grs. MBS / ton de meladura

200 ( gr./ton.) X 2,461.53 ( ton. Por día) = 492.30 kg/ día de MBS.

Preparación y aplicación del MBS.

Preparar una solución al 50% con agua.

Preparar cada 4 horas dicha solución. La cantidad a agregar considerando una solución en agua al 50% en peso de concentración, es de:

492.30 kg/dia / 24 horas = 20.5 kg/hr. X 4 horas = 82.05 kgs/ 4h. 82.05 kg/hr de MBS +

82.05 de agua = 164.1 kg/ 4 horas Densidad de Ia solución al 50% = 1.3 kg/litro.

164.1 (kg/4h) / 1.3 kg/lt = 126.23 litros / hora. = 31.55 litros/hora (LPH).

Punto de aplicación.

El punto de aplicación se debe hacer en el tanque de meladura saliendo de los evaporadores y antes de Ia adición de ácido fosfórico y/o en el mismo punto. Indicadores:

Se deberá observar y graficar los datos obtenidos del laboratorio del azúcar cruda y clarificada de: turbidez, color, reductores cada hora, para compararlos con los obtenidos sin el uso del rnetabisulfito de sodio.

La meladura obtenida con el uso del metabisulfito de sodio se caracteriza por tener: menor color y turbidez.

La meladura clarificada y azúcar obtenido con metabisulfito de sodio se caracteriza por:

A.- disminución de color de 1800 a 2500 Ul.

B.- disminución de turbidez del 40 al 60%. C- azúcar con colores menores de 180 Ul, sulfitos menores de 4 ppm y cenizas menores de 0.2%.

Aplicación de» metabisulfito de sodio en refinerías de azúcar.

Para obtener azúcar refinada de colores menores de 25 Ul, se utiliza el metabisulfito de sodio en el fundido del azúcar cruda o estándar, disminuyendo el color que favorece Ia calidad del azúcar obtenido y Ia disminución de Ia adición del carbón activado. La dosis para esta parte del proceso del azúcar es de 50 a 100 ppm base azúcar fundida.

El punto de aplicación se hace en el tanque del azúcar fundida, esta azúcar fundida

(licor fundido) sigue su proceso de refinado, como sigue: 1.- Se Ie agrega ácido fosfórico de 100 a 200 ppm, base licor fundido. En este punto se usan productos químicos decolorantes, tipo poliaminas, polidagamas, policloruros de aluminio y mezclas de ellos, que tienen un efecto de precipitar coloides indeseables a razón de 80 a 120 ppm base licor fundido.

2.- se Ie agrega cal para mantener un pH de 6.2 a 6.4. 3.- se calienta y se agrega un floculante tipo poliacrilamida, de baja carga aniónica, con una dosis de 10 a 12 ppm base licor fundido.

4.- Pasa a un equipo clarificador por flotación, ayudados con adición de miniburbujas para Ia rápida separación de los lodos en Ia parte superior.

5.- Se obtiene un licor claro al que se Ie agrega carbón activado y se pasa por filtros con ayuda de productos llamados "filtro ayuda", donde se remueve el residual de color que queda.

El azúcar refinada obtenida con Ia adición del metabisulfito de sodio, se caracteriza por:

1.- mejor color, sin alterar el contenido de sulfitos. 2.- disminución de productos químicos, decolorantes orgánicos y carbón activado.

Aplicación a Ia refinería de azúcar.

Siguiendo con el ejemplo de un ingenios que muele 10,000 toneladas métricas de caña por día. Rendimiento de 10% y con una dosis de 50 ppm base licor fundido, se tiene que agregar de metabisulfito de sodio, Io siguiente: Azúcar producido: 1,000 toneladas por día. Dosis del MBS: 100 gramos por tonelada de licor fundido. Licor fundido (a 60° Bx): 1,000 ton az. / 0.60 = 1,666.66 ton de licor fundido. 50 grs. de MBS X 1,666.66 = 83.33 kg/día. Cada 4 horas= 83.33 (kg/día) / 24 (horas) x 4 hrs. = 13.88 kg/4hr. Solución al 50%: 13.88 kg de MBS + 13.88 de agua = 27.76 kg de una solución al 50% de MBS, para adicionarse cada 4 horas. Densidad = 1.3 kg/lt.

27.76 kgs./ 1.3 kg/lt = 21.35 litros / 4 horas = 5.33 It./hr.

Aplicar con bomba dosificadora; 5.33 litro por hora, de una solución al 50% de MBS al licor fundido.




 
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