Tendências e soluções tecnológicas para o setor de açúcar e álcool – IIIB
20-03-2019

Cinética de degradação térmica de açúcares sob condições de processo típicas encontradas nas usinas de açúcar e álcool brasileiras. Localizando perdas indeterminadas. Resultados.

A evaporação avaliada consiste de duas linhas denominadas linha-A e linha-B que operam em paralelo ou em série dependendo da vazão de alimentação de caldo. O processo inicia em um tanque de caldo clarificado seguindo para quatro aquecedores horizontais. A partir daí o fluxo é dividido entre as linhas A e B com dois aquecedores verticais e um medidor de vazão em cada linha. Cada linha tem préevaporadores, 1º e 2º efeitos e o caldo dividido é coleta do em um 2º efeito final denominado 2º efeito-AB. A partir daí o caldo flui para o 3º e 4º efeitos e é coletado num tanque de xarope.

Há sete préevaporadores tipo Robert, PEVAP, três na linha-A e quarto na linha-B. O 1º efeito compreende dois evaporadores multi-calandra, um em cada linha. O 2º efeito compreende três evaporadores multi-calandra, um em cada linha e um para o caldo coletado das linhas A e B, referido como 2º efeito AB. O 3º efeito compreende sete evaporadores tipo Robert e o 4º efeito compreende seis evaporadores tipo Robert.

O conjunto de evaporação e as linhas de transferência foram completamente caracterizados em termos dimensionais. Os resultados aqui apresentados se referem a capacidade máxima da evaporação utilizando as duas linhas do processo.

A metodologia utilizada está esquematicamente representada na Figura-1enquanto que o perfil térmico do caldo pode ser visto na Figura-2. Para simplificar, este trabalho omite a parte mais tediosa, referente à obtenção dos parâmetros cinéticos de degradação térmica dos açúcares, focando apenas nos resultados.

As perdas de sacarose foram de 1,67%, Tabela-1. Setorialmente, Tabela-2, em ordem decrescente de magnitude as perdas de sacarose se localizaram no decantador (34,85%), no 3º efeito (15,65%) e nas linhas de transferência (11,59%), totalizando 62,08% das perdas totais, Figura-3.

As perdas de ART foram de 0,52%, Tabela-1, sendo 40% localizadas no decantador e o restante 60% distribuídas de forma aproximadamente igual nos estágios subsequentes do processo, Tabela-2, Figura-3.

É importante enfatizar que nenhuma das perdas setorias pode ser individualmente determinada pelas técnicas analíticas atuais e o foco deve ser na perda total. Esse mostrou que as etapas quentes do processamento do caldo de cana reúne a maior parte das perdas designadas nas Usinas como indeterminadas. Na média, as perdas indeterminadas representam 12% das perdas totais. Este estudo mostrou que a maior parte delas, 88% ou mais, estava relacionada com a destruição térmica e química da sacarose no processamento.  Erros em amostragens e análises e medição de volumes em processo certamente têm participação nas perdas indeterminadas.

É recomendável a mudança para evaporadores mais rápidos e mais eficientes, decantadores mais rápidos bem como reduzir o comprimento das linhas de transferência para diminuir o tempo de exposição do caldo a temperaturas elevadas. O decantador ultra rápido, com tempo de residência de 15 minutos, para uma das principais perdas por degradação térmica localizada.

Na fabricação de açúcar as perdas de sacarose podem ser recuperadas na produção de etanol senão houver degradação subsequente dos açúcares redutores.

Esse trabalho continua a pesquisa sobre degradação térmica de açúcares de Vukov nos anos 1960. A abordagem cinética é aprovada pelo FDA/USA para a indústria de alimentos na avaliação da preservação ou degradação de nutrientes e segurança microbiológica em alimentos.

Essa metodologia pode ser usada, com vantagens, como alternativa aos marcadores químicos, para otimizar os processos térmicos envolvidos no processamento industrial do caldo de cana para minimizar as perdas de açúcares. Entre as dificuldades envolvidas na utilização de marcadores químicos podem se citar: a escolha do marcador, necessidade de amostragens considerando os tempos de residência e análises químicas e interferência de arraste.

A abordagem cinética, por sua vez, precisa apenas da completa caracterização geométrica dos equipamentos e linhas de transferência do processo, uma vez que os parâmetros cinéticos já foram determinados.

 

Figura-1. Fluxo esquemático da metodologia usada para calcular a perda de açúcares nas etapas quentes do processamento do caldo de cana. (FONTE: NOLASCO JUNIOR, J.; MASSAGUER, P. R. Thermal degradation kinetics of sugars under typical processing conditions found in Brazilian sugar and ethanol factories. Sugar Industry 143 9, 520-533, 2018).

 

 

 Figura-2. Perfis térmicos do caldo de cana (A): without clarifier, (B): with clarifier. (FONTE: NOLASCO JUNIOR, J.; MASSAGUER, P. R. Thermal degradation kinetics of sugars under typical processing conditions found in Brazilian sugar and ethanol factories. Sugar Industry 143 9, 520-533, 2018).

 

Tabela-1. Resumo das perdas de açúcares por degradação térmica.

Secção

Decantação excluída

Decantação incluída

Tempo de residência (s)a

Perda de sacarose %

Perdas de ART %

Tempo de residência (s)a

Perda de sacarose %

Perdas de ART %

Equipamentos

3380.98

0.8980

0.2717

7580.98

1.4792

0.4813

Linhas de transferência

1766.07

0.1941

0.0434

1766.07

0.1941

0.0434

Total

5147.05

1.0921

0.3151

9347.05

1.6733

0.5247

(FONTE: NOLASCO JUNIOR, J.; MASSAGUER, P. R. Thermal degradation kinetics of sugars under typical processing conditions found in Brazilian sugar and ethanol factories. Sugar Industry 143 9, 520-533, 2018).

 

 

 Figura-3. Distribuição das perdas de açúcar no processo. A: distribuição das perdas de sacarose. B: distribuição das perdas de ART. (FONTE: NOLASCO JUNIOR, J.; MASSAGUER, P. R. Thermal degradation kinetics of sugars under typical processing conditions found in Brazilian sugar and ethanol factories. Sugar Industry 143 9, 520-533, 2018).

 

Tabela-2.Perdas setoriais de açúcar.

  (FONTE: NOLASCO JUNIOR, J.; MASSAGUER, P. R. Thermal degradation kinetics of sugars under typical processing conditions found in Brazilian sugar and ethanol factories. Sugar Industry 143 9, 520-533, 2018).

 

Jonas Nolasco Junior

Engº Químico, Mestre e Dr. em Ciência de Alimentos

NJ Engenharia e Consultoria em Bioprocessos Ltda

019-99687-1961

Jonas.nolasco.bioetanol@gmail.com