FABRICAÇÃO DE
AÇÚCAR
Engº. Químico: Fernando Medeiros de Albuquerque
Processo de Fabricação de
Açúcar
Processo de Fabricação de Açúcar






Introdução
Conceitos Básicos
Qualidade da Matéria-Prima
Bom Sistema de Tratamento de Caldo
Bom Sistema de Preparação da Semente
Bom Sistema de Cristalização
MÓDULO I
CONCEITOS BÁSICOS
CONCEITOS BÁSICOS










Matéria-prima
Caldo primário
Caldo residual
Bagaço
Embebição
Caldo misto
Caldo clarificado
Lodo
Torta
Xarope








Massa cozida
Semente
Semente virgem
Semente
refundida
Méis
Brix
Pol
Pureza
MÓDULO II
SISTEMA DE CLARIFICAÇÃO DO CALDO
Qualidade da matéria-prima






Variedades da cana-de-açúcar
Condições ambientais
Estado sanitário
Tempo de queima – corte e processamento
Deteriorações da cana-de-açúcar
Matérias estranhas (VEGETAL e MINERAL)
Qualidade da matéria-prima
a.
b.
c.
d.
e.
Distorção na avaliação da matéria-prima;
Redução da capacidade de moagem;
Desgaste de equipamentos;
Redução do poder calorífico do bagaço;
Redução da produção do açúcar e álcool
Composição do caldo da cana







Sacarose
Açúcares redutores
Ácidos orgânicos não nitrogenados
Não-açúcares nitrogenados (aminoácidos e
proteínas)
Não-açúcares orgânicos complexos de alto peso
molecular
Celulose
Hemiceluloses
Composição do caldo da cana








Lignina
Proteínas
Pectina
Amido
Taninos
Lipídios da cana-de-açúcar
Cera e graxa
Cor e não-açúcares coloridos
Composição do caldo da cana
1.
As substâncias da cana que tem cor em sua
forma original
- Clorofila, xantofila, caroteno, antocianina
2.
As substâncias da cana incolores em sua
forma original, porém podem desenvolver cor
depois de sua extração
- Polifenois aminos-compostos
3.
Os compostos coloridos que se formam
durante o processo por decomposição de
alguns produtos e por outras reações
químicas
Sistema de tratamento de caldo
(Produtos de reação entre açúcares redutores e
aminocompostos)








Não-Açúcares inorgânicos
Álcalis
Adsorção de cátions e ânions
Cálcio e Magnésio
Ferro
Alumínio
Cloretos
Ácido silício
Sistema de tratamento de caldo
(Produtos de reação entre açúcares redutores e
aminocompostos)



Fosfatos
Ácido Fosfórico
Enxofre
 Sulfatos
 Sulfetos
 Sulfitos
Sistema de tratamento de caldo
(Meios para obtenção de um bom tratamento de caldo)






Moer canas sadias
Controle automático de pH
Alcalinização e Sulfitação adequada
Temperatura estável do caldo antes de entrar
no decantador
Velocidade uniforme do caldo através do
decantador
Correto uso dos auxiliares de clarificação
Sistema de tratamento de caldo
(Meios para obtenção de um bom tratamento de caldo)


Separação rápida do lodo
É importante evitar a formação de gases no
seio dos decantadores mediante uma
apropriada distribuição do fluxo do caldo e
uma correta extração dos gases
Estágios básicos da clarificação



Reduzir o potencial elétrico das partículas
para próximo do zero, com objetivo de garantir
a coagulação máxima
Deixar que as partículas coloidais neutras
formem aglomerados (floculação primária)
Que os aglomerados formados se agrupem
formando
flocos
grandes
(floculação
secundária) que sedimentam rapidamente
Objetivos do tratamento de caldo








Máxima eliminação de não-açúcares
Máxima eliminação de colóides
Caldo com baixa turbidez
Mínima formação de cor
Máxima taxa de sedimentação
Volume mínimo de lodo
Baixo teor de cálcio no caldo clarificado
pH adequado para evitar inversão da
sacarose e decomposição dos açúcares
redutores
Etapas do sistema de tratamento de
caldo
1.
2.
Assepsia das moendas
Separação do bagacinho

3.
A separação das impurezas que estão em
suspensão nos caldos extraídos pelas moendas
por meio de peneiramento, filtração, etc
Sulfo-caleação
Etapas do sistema de tratamento de
caldo
4.
Sulfitação
Formação no caldo de um precipitado de
pequenos cristais de CaSO3 (Sulfito de cálcio)
que
possuem grande atividade superficial
sendo,
portanto fortemente absorvente e,
além disso, em razão de sua densidade,
resultam em poderosos auxiliares de decantação.
 Por sua ação fortemente bactericida, a sulfitação
destrói os microorganismos nos caldos
de
cana evitando a ação danosa destes.

Etapas do sistema de tratamento de
caldo
Por sua ação fortemente bactericida, a sulfitação
destrói os microorganismos nos caldos
de
cana evitando a ação danosa destes.
 Por ser um redutor enérgico, o SO2 atua
sobre
as substâncias corantes do caldo reduzindo a
cor. O SO2 também reage com os açúcares
redutores inibindo a formação de melaninas e
caramelos que são altamente melacigênicos e
corantes.
 Finalmente está comprovado quando se usa o
processo de sulfitação produz xarope com menor
viscosidade, o que facilita a cristalização da

Etapas do sistema de tratamento de
caldo

Ação do SO2 (anidrido sulfuroso) sobre o caldo
o
o
o
o
o
o
o
Ação descolorante
Redutor de viscosidade
Anti-séptico
Neutralizante
Obtenção do anidro Sulfuroso
Combustão do enxofre em presença do ar.
Fornos queimadores fixos ou rotativos
Etapas do sistema de tratamento de
caldo
5.
Caleação
Qualidade do CAL
 Preparo e diluição da CAL
 Leite de CAL
 Sacarato
 Operação de calear

Etapas do sistema de tratamento de
caldo
Aquecimento do Caldo
6.





Acelera as reações químicas
Promove a coagulação das proteínas
Reduz a viscosidade
Provoca a floculação
Elimina e impede o desenvolvimento de
bactérias
Etapas do sistema de tratamento de
caldo

Tipos de aquecedores
o
o
o

Verticais
Horizontais
À placas
Influências no aquecimento
o
o
o
Incrustações
Gases incondensáveis
Condensados
Etapas do sistema de tratamento de
caldo
7.
Decantação
Balão de Flash
 Torre de pré-floculação
 Decantador

o
o
8.
Decantador clássico IMAG. 01
Decantador rápido (sem bandeja)
IMAG. 02
Tratamento do Lodo (condições para uma boa
filtração)



Aquecimento
Reação
Filtração do lodo
Etapas do sistema de tratamento de
caldo

Tipos de filtros de lodo
o
o
o
Filtro rotativo à vácuo
Prensa desaguadora
Acessórios dos filtros
IMAG. 03
IMAG. 04
Sistema de tratamento de caldo
(Auxiliares de clarificação)

Ácido fosfórico

Aluminato de sódio

Derivado do tanino

Peróxido de hidrogênio

Ozonização
Floculantes

Sistema de tratamento de caldo
(Reações durante a clarifição)

Cal (hidróxido de cálcio)

Sacarose



Efeito do Fosfato
Qualidade do precipitado

Açúcares redutores
Compostos nitrogenados

Efeito do pH

Proteínas



Sílica
Óxido de Magnésio (MgO)

Amido
Gomas

Ferro e alumínio

Pectinas

Sódio e Cloro
Cinzas

Cera e graxas

Sistema de tratamento de caldo
(Físico-Química da Clarificação)

Partículas grosseiras da matéria em suspensão

Substância coloidais
A físico-química da clarificação do caldo do ponto de vista
prático são desejáveis os seguintes resultados:

Precipitação e coagulação tão completa como seja
possível
Rápida velocidade de sedimentação
Minimo volume de lodos

Lodos densos


Sistema de tratamento de caldo
(Físico-Química da Clarificação)
Os resultados adversos da clarificação são oriundos dos
fatores a seguir:

Uma sedimentação incompleta que pode ser devido:




Ao tamanho pequeno das partículas
A ação coloidal protetora
A densidade de algumas partículas não maior que a do caldo
Uma sedimentação lenta pode ser devido:



A viscosidade do líquido
A grande área superficial das partículas
A pequena diferença de densidade entre as partículas e o
líquido
Sistema de tratamento de caldo
(Físico-Química da Clarificação)

Um grande volume de sedimentação pode ser devido:


Uma grande quantidade de material precipitado, particularmente
os fosfatos
A baixa densidade dos sedimentos pode ser devido:


Forma e tamanho das partículas
Hidratação das partículas
Sistema de tratamento de caldo
(Efeitos práticos da clarificação)








Separação dos sedimentos
Claridade
Pureza
Cor
Cálcio residual
Turbidez
Resíduos insolúveis
Queda do pH durante a clarificação
MÓDULO III
EVAPORAÇÃO
Evaporação

Operação
Conjunto
Incrustações
Incondensáveis
Condensáveis

Fluxograma




IMAG. 05
Flotação do xarope
Etapas do processo de flotação de xarope



Em razões práticas o xarope bruto oriundo dos
evaporadores deve ser processado com brix na faixa
de 60-65%
Dosar insumo químico para remover as principais impurezas
formadoras de cor e turbidez
Aquecer o xarope dosado para facilitar a reação do
produto químico dosado e reduzir a viscosida de do
meio
MÓDULO IV
COZIMENTO
IMAG. 06
Cozimento
(Cristalização)
Solubilidade
Dissolução do açúcar em água (100g)
Temperatura
grama de açúcar
dissolvido
20
200
40
235
60
290
80
370
90
430

Cozimento
(Cristalização)





Saturação
Supersaturação
Coeficiente de supersaturação
Métodos de medidas de supersaturação
Taxa de cristalização
Cozimento
(Cristalização)
Procedimentos de cristalização
 Espera-cristalização
 Choque-cristalização induzido
 Semeadura-cristalização
implantada(completo)
Cozimento
(Cristalização)
Pontos fracos do método de espera
 Dificuldade de controlar o número de grãs
formados
 Devido à concentração excessivamente alta, é
inevitável a formação de conglomerados.
 O método é recomendado para cristalizar com
purezas elevadas
Cozimento
(Granagem)


Pureza material
Semente IMAG. 09
IMAG. 07
IMAG. 08
IMAG. 10
A
semente de boa qualidade a ser utilizada
depende dos fatores a seguir:
 Utilizar
açúcar de boa qualidade
 Pré seleção granulométrica
IMAG. 11 IMAG. 12
 Quantidade
 Finura da semente
 AM(médio) da grã do cozimento de baixo grau
Cozimento
(Granagem)

Qualidade granulométrica
IMAG. 13
IMAG. 14
IMAG.
15


Número de cozimentos à produzir para cada ciclo
de granagem
Concetração ótima das grãs
Área máxima do cristal, por unidade de volume de
massa cozida
 Porosidade máxima das camadas dos cristais nas
centrífugas


Superfície máxima de cristais

Concentração máxima de cristais por unidade de
massa cozida final
Cozimento
(Granagem)


Porosidade máxima da camada de cristal na
centrífuga
Fatores que contribuem para maior porosidade
dos cristais:
Grandeza do cristal
 Uniformidade do tamanho do cristal


Formas dos cristais do açúcar:
Uniformes
 Irregulares

IMAG. 16
IMAG. 17
Conglomerados IMAG. 18
 Geminados
IMAG. 19
 Cristais aciculares (alongados)

IMAG. 22
IMAG. 20
IMAG. 21
Cozimento
(Granagem)

Condições que contribuem para formação de
grã falsa:
 Evaporação
alta conduzindo à elevada
supersaturação
 Circulação insuficiente
 Mel com alta turbidez
 Grã no mel de alimentação
 Entrada falsa de ar
Cozimento
(Tachos de cozimento)

Tacho em batelada
 Boa
circulção
 Relação S/V apropriada
 Alturas dos tubos
 Altura máxima da massa no cozimento
 Diâmetro do tubo central
 Diâmetro do corpo IMAG. 26 IMAG. 27
 Volume do pé-de-cozimento
Cozimento
(Tachos de cozimento)

Tacho de cozimento contínuo
 Sem
necessidade de circuladores mecânicos
 Alto grau de circulação
 Evita picos de consumo de vapor
 Capacidade
Cozimento
(Acondicionamento do tacho e material)






Vazio estável e apropriado na tacho
Suprimento de vapor na calandra na proporção
da água à evaporar
Concentração uniforme da massa cozida para
permitir evaporação máxima
Boa circulação da massa cozida dentro do tacho
para permitir que grã em constante movimento
alcance um nível máximo de adsorção da solução
sacararina
Importância de uma quantidade suficiente de
cristais, ou de núcleos de grãs para que se
deposite maior quantidade de sacarose
Baixa viscosidade da massa cozida
Cozimento
(Massas cozidas)














Eficiência de cristalização
Rendimento de cristais
Qualidade granulométrica
IMAG. 28
IMAG. 30
IMAG. 29
IMAG. 31
Magma
Magma afinado
Refundição do magma
Elaboração das massa cozida
Volume do pé-de-cozimento
Condicionamento do magma IMAG. 33
Densidade de alimentação
Grau de alimentação
Altura final da massa cozida
Concentração final da massa cozida
Méis
IMAG. 32
IMAG. 34
IMAG. 35
Cozimento
(Massas cozidas)

Condições para uma ótima obtenção de massas cozidas de
qualidade
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
As massas devem ser cozidas até concentração máxima, dentro dos
limites práticos de capacidades de trabalho dos cristalizadores e
centrífugas
As purezas das massas cozidas de baixo grau devem ser via de
regra, o suficiente para permitir um conteúdo máximo de cristais
A concentração do licor mãe deve ter uma densidade que, após
tratamento no cristalizador, o melaço oriundo da massa cozida tenha
a temperatura de saturação aproximada de 55º C
A área total da superfície de cristais da massa cozida em relação ao
volume do licor mãe deve ser máxima, limitada ás condições de
fluidez da massa
Uniformidade e o tamanho dos cristais com porosidade que permita
uma boa separação entre cristais e melaço na operação de
centrifugação
A viscosidade do mel e a temperatura de saturação seja máxima para
permitir lograr uma boa separação na centrifuga entre os cristais e o
licor mãe
É importante que a instrumentação utilizada para semeadura do
tacho de cozimento possa ser usada para as condições após a
Cozimento
(Sistema de massas cozida)


Sistemas de duas massas cozidas
Sistemas de três massas cozidas com duplo
magma

Vantagens do sistema
 Produz açúcar de alta qualidade (a massa cozida “A”
é elaborada somente com xarope)
 Recirculação mínima de méis, as massas elaboradas
com baixa viscosidade, reduzindo os tempos de
cozimentos
e
refletindo
favoravelmente
na
recuperação do açúcar
 Reduz as operações de cristalização (apenas os
cozimentos de massa cozida “C” são cristalizados
com semente)
 Melhor esgotamento (a massa “B” passa a ser uma
massa intermediária de esgotamento)
Cozimento
(Cristalização complementar por resfriamento)
O
tratamento
da
massa
cozida
nos
cristalizadores depende dos seguintes fatores:








Rendimentos e tamanho dos cristais
Quantidades de impurezas presentes na massa
cozida (açúcares redutores, cinzas)
Viscosidade e brix da massa cozida
Tipo de cristalizador IMAG. 36
Tipo de centrifuga
Estado de esgotamento do mel da massa atingido
no tacho
Os
cristalizadores
são
projetados
para
complementar a cristalização iniciada nos tachos à
vácuo
MÓDULO V
CENTRIFUGAÇÃO
Centrifugação

Estágios do processo da separação do mel




Remoção do mel em excesso do requerido para
preencher o espaço entre os cristais
Expulsão adicional do mel deixado vazios entre
os cristais
Redução do filme de mel ao redor dos cristais
Influência da separação do mel nos cristais




Quantidade de lavagem
Granulometria do açúcar
Condicionamento dos produtos intermediários
Projeto do equipamento
MÓDULO VI
SECAGEM E ARMAZENAMENTO
Secagem e armazenamento

Tipos de secadores
Horizontais
Verticais


Empedramento
A intensidade do empedramento depende das
seguintes condições precursoras :






Fração de água perdida
Irregularidade dos tamanhos dos cristais
Teor de açúcares redutores
Teor de cinzas
Coloração do açúcar
MÓDULO VII
ESGOTAMENTO E QUALIDADE DO
AÇÚCAR
Esgotamento e qualidade do
açúcar

Fatores determinantes
esgotamento





Tratamento do caldo
Tratamento do xarope
Qualidade granulométrica
Eficiência de cristalização
Eficiência de separação
de
um
melhor
Esgotamento e qualidade do
açúcar

Fatores importantes na qualidade do açúcar






POL
Tamanho e uniformidade dos cristais
Cor (cristal/açúcar)
Refletância
Filtrabilidade
Cinzas
MÓDULO VIII
PERDAS NA FABRICAÇÃO DO AÇÚCAR
Perdas na fabricação do açúcar





Perdas microbiológicas
Perdas térmicas
Perdas químicas
Perdas físicas
Perdas mecânicas