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24/06/2013

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Dra. Luz Maria Paucar Menacho

TECNOLOGÍA DE AZÚCAR

TEMA 09: REFINACIÓN DEL AZÚCAR


REFINACION DEL AZUCAR

El proceso de refinación consiste en obtener el azúcarblanco, casi puro, a partir del azúcar crudo. Laprimera operación es la disolución y consiste endisolver el azúcar en agua caliente para separar lamelaza que cubre los cristales.

En la clarificación, por flotación, el azúcar disuelto setrata con ácido fosfórico y sacarato de calcio para

formar un compuestofloculante que arrastra lasimpurezas, las cuales seretiran fácilmente en elclarificador.


El material clarificado pasa a unas cisternas decarbón activado que quitan, por adsorción, la mayorparte de las materias colorantes presentes en el licor.De ahí a través de la filtración se separan laspartículas del jarabe mediante filtros a presión. Eljarabe purificado se concentra hasta su cristalización.


El azúcar blanco se centrifuga (se seca) para eliminarel jarabe, se tamiza y se envía a los silos quealimentan las máquinas embolsadorassemiautomáticas que lo envasan.El Azúcar Refinado o extrablanco se dice que esaltamente puro, es decir, entre 99,8 y 99,9 % desacarosa, el cual se ha cristalizado dos veces con elfin de lograr su máxima pureza. En el proceso derefinamiento se desechan algunos de sus nutrientescomplementarios, como minerales y vitaminas.


Definiciones:

1. Proceso de refinación: Consiste en obtener elazúcar blanco, casi puro, a partir del azúcar crudo.2. Licor: En refinación se aplica a las solucionesdensas de azúcar de las cuales no se ha extraídoazúcar por cristalización desde su último tratamientoo filtración por carbón de hueso.3. Jarabe: Solución densa de la cual se acaba decristalizar azúcar. Por lo tanto, jarabe en la refineríacorresponde a melaza en el ingenio.4. Agua endulzada o dulce: Agua de lavado quecontiene azúcar suficiente para que valga la pena surecuperación.


5. Magma: Mezcla artificial de cristales y jarabe, peroel término se aplica ocasionalmente a la masacocida (que tiene el mismo significado que eningenio).6. Derretir o fundir: Redisolver o refundir, y la entradadiaria de material a la fábrica se denomina refundidoo refundición.

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PROCESO DE REFINACIÓN:

Manejo de azúcares crudos: Gran parte del azúcarcrudo del mundo se maneja a granel, sin envasar. Losúnicos envases que en la actualidad se utilizan paraazúcares crudos son los sacos de yute. Cuandollegan cargamentos en sacos, los sacos se lavandespués de vaciar y el agua de lavado se envía a losevaporadores. Los lavados de sacos están muycontaminados y no se deben usar en la refundición.


El peso de los azúcares crudo: El manejo a granelfacilita hasta la determinación del peso del azúcarcrudo. Cada vez que es posible, cuando se recibenazúcares crudos, su peso se determina en básculasde torres.

AFINACIÓN.Lavado de los cristales crudos: El primer paso delproceso de refinación se llama afinación o lavado, yconsiste en la eliminación de la película de melazaque está adherida al cristal del azúcar crudo. Lapelícula de melaza tiene una pureza de 65 o menos,mientras que el cristal mismo consiste en sacarosacasi pura.


La separación se hace mezclando el crudo con unjarabe denso (aprox. 75 Brix) y después purgando lamezcla en centrífugas, en las cuales se lavan loscristales con agua caliente después que lascentrífugas han extraído el jarabe. Ya que la finalidadprimaria de la afinación es la de despegar la películapegajosa de melaza, la mejor manera de disminuir laviscosidad es calentando el jarabe y la magma.

El procedimiento llamado “Hot Mingling” (mezcla encaliente) es universal en la refinación moderna,aunque “Warm” (tibia) sería vocablo más gráfico.Tanto el tiempo con la temperatura y la agitación sonimportantes para el logro de los mejores resultados.


Las descripciones antiguas de las instalaciones demezcla en caliente recomendaban que se calentarael jarabe y la magma a 165 °F con serpentines por loscuales circulaba agua a 210 °F . La experiencia notardó en demostrar que estas temperaturasproducían pérdidas de azúcar especialmente si seaplicaban a la calefacción continua del jarabe. En elprocedimiento que es costumbre en la actualidad seusa jarabe frío y se limita la calefacción a 120 °F.


Disolución o refundición del azúcar lavado: El azúcarlavado se disuelve en aproximadamente la mitad desu peso en agua, en un tanque dotada de aspasmezcladoras y llamado refundidor o disolutor, al cualse aplica vapor de escape por medio de un serpentínperforado para ayudar la disolución. Para larefundición se usan aguas dulces de alta polarizaciónprocedente del filtrado a presión. El mantenimientodel licor de azúcar lavado a 99° de pureza, o más, entodo momento ayuda a la defecación y mejora lacalidad de los licores del filtración con carbónanimal.


Tratamiento del jarabe de afinación: Los jarabes deafinación van a la fábrica para ser tratados de unade dos formas:

1. En el método más sencillo, se bombean los lavadosal piso de tachos, donde se usan para la cocción detemplas de refundición altas.2. En las refinerías que tiene gran capacidad defiltración con carbón animal el procedimiento que sesigue es la dilución del jarabe de afinación hasta 54°Brix con agua dulces oscuras, y hecho esto se envíaa las defecadoras para ser filtrado en filtros depresión y de carbón animal.

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CLARIFICACIÓN

El licor de lavado de crudos del tanque de disolucióncontiene algunas materias insolubles tales comobagacillo, arcilla o arena, cantidad apreciable desuspensiones finas y dispersoides, y también gomas,pectinas y otros coloides verdaderos, que no fueronextraídos por la clarificación en el ingenio o fueronformados en el proceso posterior de fabricación.


El licor de crudo es ácido. Consideraciones similaresen formas más exageradas son aplicables al jarabede afinación, que contiene la mayor parte de lasimpurezas del crudo original. La defecación se puededefinir como el tratamiento del licor crudo con ciertassustancias y con calor, para lograr que la solución seaadecuada para la filtración o clarificación.


En las refinerías modernas se usan dos formas dedefecación.

1. Por tratamiento Químico: Emplea materialesque forman precipitado en el licor.Defecantes Químicos más corriente son: ÁcidoFosfórico con cal, y el CO2 con cal.2. Hace uso de auxiliares inertes a la filtración:Permite la filtración a presión.Ayudas Inertes a la filtración: Gastan mucho menoscal que los defecantes químicos, puesto que sólo seusan cantidades suficientes para neutralizar losácidos orgánicos existente.


Antiguamente la defecación, en la forma que sepracticase, se llevaba a cabo en forma intermitenteo por tandas, en tanques circulares en fondoscónicos dotados de serpentines de vapor yagitadores mecánicos. En las refinerías actuales eltratamiento del licor de azúcar lavado se suele hacery controlar continua y automáticamente, y si se usanen absoluto dichos tanques, será como depósitospara evitar las variaciones de volumen.

Debido a los grandes precipitados que se forman, seevita la defecación química de los jarabes deafinación. Para el tratamiento anterior a la filtraciónde estos materiales de baja pureza con carbónanimal, la mayoría de las refinerías utilizan sustanciasinertes y filtración a presión.


El pretamizado de los licores: Siempre ha sidocostumbre tamizar los licores de fundición paraextraer los trozos de cuerdas, las partículas de yute ehilo de coser y otros materiales toscos, pero no fuemás que durante los últimos veinte años que seconvirtió en norma el proceso de someter los licores(especialmente con defecación mediante fosfato) aun tamizado fino.


Guttleben fue el primero que describió el uso detamices vibratorios Tyler-Hummer para este fin. Lasinstalaciones suelen llevar malla de 80*80 hechas demetal monel (debido a la resistencia de este metal)en algún tipo de tamiz vibratorio de “cubierta”. Laextracción de estas partículas finas ha permitido grandisminución de la cantidad de P2O5 que resultanecesaria para lograr una defecación efectiva.También se practica la extracción de arenas ypedazos de incrustación finos por el uso dehidrociclones.

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Ácido fosfórico y cal: El más antiguo de los procesosde defecación que todavía se usan es el tratamientocon ácido fosfórico o algún fosfato soluble con cal ycalor.Ácido fosfórico: Actualmente es fabricadodirectamente de la roca fosfatada, mediante sufusión con coque y sílice en altos hornos o en hornoseléctricos, producen un ácido con 55% de P2O5 ylibre del arsénico, el plomo, los sulfatos y demásimpurezas inconvenientes que se encontraban

corrientemente en las pastas y los ácidosque se fabricaban por el antiguo métodohúmedo de tratamiento de la rocafosfatada con ácido sulfúrico.


Cal: Las refinerías situadas dentro de los límitescontinentales norteamericanos usan cal hidratada ocal viva pulverizada. Antiguamente, la circulación deuna lechada de cal a densidad aprox. de 20 °Brixservía para todos los fines, pero con controlesautomáticos se obtienen mejores resultados condensidades mucho menores. En la actualidad, lalechada de cal ha sido sustituida en los sistemas dealcalinización automática por el sacarato de calcio,hecho de licor de azúcar de alta polarización.


Tratamiento de Calor: Con el sistema antiguo de filtrosde bolsas, se calentada el licor en tanques de fondocónico a 180 °F (82 °C) después del tratamiento.Muchos técnicos prefieren tratar el licor a unatemperatura aprox. de 140 °F (60°C), pero laexperiencia ha demostrado que el tratamiento a 165°F (74 °C) produce menos precipitación posterior defosfato tricálcico y permite la aeración satisfactoriadel licor, que es el motivo principal de la bajatemperatura inicial. Los licores se mantienen a 63 °Brixo más.


El precipitado de fosfato: En el tratamiento de fosfatoy cal con calor, primero se neutralizan los ácidosorgánicos existentes en el azúcar crudo y después seforma fosfato tricálcico. La calefacción y losdefecantes causan la coagulación y precipitaciónde los no-azúcares orgánicos, con la mayor parte delas gomas, albúminas y pectinas. Toda esta materiaforma un precipitado denso y floculento que atrapa ylleva consigo gran parte de las impurezasprocedentes del azúcar crudo, que están ensuspensión, y también la mayoría de las partículas debagazo, yute, arena y arcilla que no hayan sidoeliminados durante el tamizado. Lo más importantede todo es que este precipitado incluye muchamateria coloidal, y extrae una cantidad apreciablede materia colorante.


ELIMINACIÓN DE LA COLORACIÓN POR EL TRATAMIENTO CON FOSFATOS

La historia del tratamiento con ácido fosfórico y cal,especialmente en lo que atañe a la extracción demateria colorante muestra que cuando secomenzaron a usar los clarificadores Willamson (1920-35), el ácido fosfórico no sólo lograba menoscoloración (extraían del 20 al 40%) sino tambiénmejoraba el tono del color remanente. El tratamientocon fosfatos extrae los polifenoles de hierro, queimparten un color pardo verdoso al licor de azúcarlavado.


Proceso de Carbonatación: La adopción del procesode carbonatación es en sustitución del que se usabaauxilios inertes a la filtración. Este procedimiento sebasa en la precipitación, bióxido de carbono, de unexceso de cal. Las refinerías utilizan los gases lavadosde sus chimeneas, en vez de producir el CO2 enhornos de cal.La cal, en granos del tamaño de los del arroz sedescarga de vagones-tolva en una tolva dealmacenaje totalmente cerrada, para ser utilizadasegún se necesita en la fabricación de una lecha decal a 20 °Brix. El promedio de cal que se añade allicor es de 0.5 de los sólidos refundidos (la gama es de0.3 a 0.8) a temperaturas de 60 a 80 °C (140 a 176 °F).

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Los gases de combustión se extraen de la base de lachimenea, y se lavan primero con agua, y después (siel combustible usado es petróleo o carbón) sevuelven a lavar con sosa, y el gas limpio se comprimepara ser usado en los carbonatadotes. La primeraaplicación de gas se lleva a cabo hasta lograr un pHinferior a 10, a la menor de las temperaturas citadas(aprox. 60 °C ó 140 °F), después de lo cual unasegunda aplicación de gas, sin filtración intermedia,lleva el pH a 8.4-9.0 a 85 °C (185 °F). Hecho esto, sesepara el jugo clarificado del carbonato de calciomediante filtración en prensas de láminas. Elendulzamiento de la torta se práctica en prensas demarcos lavando la torta en sitio.


LA FILTRACIÓN A PRESIÓNLa filtración por paños bajo presión: El filtro a presiónmás antiguo, que todavía se utiliza en muchasoperaciones azucareras, es el filtro-prensa.

Los filtros de láminas consisten de una serie deelementos filtrantes, cada uno de los cuales secompone de una marco de metal dotado de tamizde respaldo, sobre el que se coloca paño estirado yotro tejido filtrante


En el proceso de carbonatación, se usa carbonatode calcio precipitado para dicha ayuda. El licorcrudo, generalmente tratado con cal para neutralizarlos ácidos orgánicos, se mezcla con la materia paraauxilio de filtración y se obliga a atravesar la telamediante la presión que ejerce una bomba; la telaretiene la torta y permite que el líquido atraviese. Ellavado de la torta con agua caliente, antes odespués de removerla de las láminas del filtro,recupera el azúcar que dicha torta ha retenido.


CLARIFICADORES POR ESPUMA O ESPUMADORESEl término “clarificador espumador” incluye todos lossistemas que separen el precipitado de fosfatotricálcico y el licor por flotación en aire. Todos lossistemas de la actualidad están basados en lapatente obtenida por Williamson en 1978, en la cualel licor se impregna de aire y después se calienta enun recipiente idóneo, de forma tal que el materialinsoluble flota. La separación entre los lodos y el licorclaro no depende de la filtración.El sistema de clarificación de Williamson: Este sistemaes continuo, y depende de la defecación con ácidofosfórico y cal. El principio básico es la aireación dellicor tratado para que contenga burbujitas finas deaire, y su calefacción posterior en un recipiente planodotado de tubos transversales de vapor. .


Las burbujas de aire suben, portando el precipitadofloculento, que forma una capa de lodo o nata, lacual se extraía en el filtro Williamson original, pormedio de un rodillo de madera que girabalentamente. La temperatura del licor refundido crudo(160 °F, aprox. 70 °C) es propia para la aeración, peromuchos técnicos prefieren practicarla atemperaturas inferiores (140 °F, 60°C).Williamson recomendaba la aireación con airecomprimido, pero existen otros métodos que resultanmás económicos.


Ventajas y Desventajas de los diversos sistemas:1. Filtración a presión: Es simple, directa y libre decomplicaciones; extrae muy poca coloración, peroesto no constituye problema para las refinerías quetienen exceso de capacidad de filtración concarbón animal. Los licores no son de claridad tanbuena como la que se obtiene con las defecacionesquímicas; este proceso resulta costoso, a menos quepractique la regeneración de las sustancias inertesque ayudan en la filtración.

2. Filtración a presión con fosfato: Extrae hasta el30% de la coloración y mejora mucho la claridad.Exige departamento de prensas mucho mayor, y eluso de auxiliares de filtración de alta porosidad. Esmás costosa que la filtración normal a presión.

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3. Sistema Williamsom : Extracción de color y logro declaridad excelentes. Disminuye mucho la carga sobreel sistema de filtración con carbón de hueso. Costode reactivos mucho menor que con auxiliares defiltración. Requiere mucha más área de piso que losfiltros a presión. La calefacción a 200 °F (93 °C) esconveniente y puede causar destrucción o inversión.Son esenciales los controles estrechos de pH,temperatura y densidad. Probablemente sea mássensible que los filtros de presión a los cambios decalidad de los crudos.

4. Bulkley-Dunton (Sveen-Pederson): Grancapacidad, área de piso reducida, ventajas de color yclaridad iguales a las de defecación plena con fosfato.Pueden trabajar a 180 °F (82 °C). Mayor cantidad delodos, y el doble de insolubles al licor que con el tipoWilliamson, cuyo calentamiento es mayor. Muy sensiblesa cambios en la calidad de los crudos. Dra. Luz Maria Paucar Menacho

LA DECOLORACIÓN CON ADSORBENTES

Los adsorbentes comerciales han tenido unaimportancia crítica en el procedimiento de refinaciónde azúcar desde que fue introducido en 1828 el uso delcarbón granulado animal. Siempre ha resultado máseconómico disminuir el nivel de ciertas impurezas por untratamiento con adsorbentes que confiar enteramentea los efectos de los demás procedimiento de larefinación. Los licores que han sido defecados yclarificados por cualesquiera de los procesos disponiblessiguen conteniendo cantidades considerables deimpurezas disueltas y coloidales que no puedenextraerse más que por la acción de adsorbentes.


Las impurezas que se extraen mediante el tratamientopor adsorbentes se pueden clasifican en tres gruposgrandes:1. Material coloidal.2. Compuestos colorantes y que forman coloración.3. Constituyentes inorgánicos que forman cenizas.Los adsorbentes que se usan en la actualidad, y los tiposde materias con las cuales son efectivos, son lossiguientes:1. Carbón animal y sus sustitutos sintéticos – colorantey cenizas.2. Carbones granulados – colorantes.3. Carbones pulverizados – coloides y colorantes.4. Sustancias permutadoras de iones – cenizas ycolorantes.5. Determinados permutadotes de iones – hierro.


El carbón animal y las sustancias intercambiadoras deiones se pueden regenerar y volver a usar cientos deveces, mientras que se puede hacer lo mismo unas 20veces con los carbones granulados; los carbonespulverizados no se usan más que una o dos veces. Lostratamientos con adsorbentes muy finos significan quela etapa de clarificación tiene que utilizar la filtración enprensas, y esta operación algunas veces resulta crítica yconlleva rasgos económicos que exigen análisiscuidadoso.Las operaciones con adsorbentes granulados sepueden dividir convenientemente en dos sistemas:1. La operación de cama fija, en la cual el licor deazúcar fluye a través de una cama estacionaria deadsorbente, y2. La operación de lecho móvil, en la cual el licor deazúcar y el adsorbente se mueven en contracorriente.


LA CRISTALIZACIÓN Y EL ACABADO

Los licores descolorados: Como resultado de losprocesos de descoloración, los licores llegan a lostanques de depósito de los tachos con un color blancotransparente como el agua, o casi como el agua;blanco sucio o amarillo; el color depende de la calidaddel material. El carbón animal es el descolorante quemás se usa, pero para la producción de azúcargranulado se usan siempre los mismos métodos decristalización y acabado, sin que importe la forma enque haya extraído el color del licor. El licor de máximacalidad, de color blanco agua o, casi blanco agua,que se suele llama licor núm.1, es un licor descoloradode azúcar lavado, de 99.5° de pureza o más, y Brix de63 a 68°, según el Brix al que se mantenga el licorclarificado.


LA CRISTALIZACIÓNTachos al vacío: Los tachos de serpentín han cedidopaso casi totalmente a los de calandria; y en lasinstalaciones nuevas se están utilizando materialesanticorrosivos tales como acero inoxidable, aceroforrado de níquel, cobre y acero al cobre. La superficiecalórica promedia 1.20 a 1.25 pies2 por pie3 de masacocida, y en todas partes se utiliza la instrumentación ylos controles automáticos. La preferencia moderna espor tachos grandes, de 1400 a 2000 pies3 (39.2 a 56 m3)de capacidad.

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Sistemas de cocción de refinerías: Para las calidadesselectas de refinos (terrones o cubitos, panes cortados,azúcares de grano grande para reposterías, etc.) seutilizan las primeras corridas de los filtros, que sonblancas como el agua. La máxima parte de laproducción de toda refinería es el granulado finocomercial, y es la producción de azúcar de estacalidad lo que determina el sistema de cocción de larefinería.


Producción de azúcares blandos: Los azúcares blandosse clasifican de acuerdo con su color, pero las refineríasmodernas no suelen producir más que dos o tres clases:amarillo claro, amarillo y pardo. Las característicasdeseables son textura esponjosa con aspecto que nosea cristalino; color que esté de acuerdo con la calidaddeseada y no posea tonos grises o verdes; ausencia desabor áspero, duro o salado.

El refinador busca también que la polarización sea bajay el azúcar posea cualidades que la hagan apta parala conservación. Estas cualidades se obtienen usandolicores de baja coloración total, libres de tinte verdosoque imparten los polifenoles del hierro; su pureza ha deser baja, así como su contenido de cenizas, y alto sucontenido de azúcares invertidos.


DESECACIÓN Y ACABADO DEL PRODUCTOTrabajo en centrífugas: La separación entre los cristalesy el jarabe de las masacocidas se efectúan encentrífugas similares a las de los ingenios. Los azúcaresblancos se lavan bien con agua caliente en lacentrífuga para eliminar todo el sirope adherido; lacantidad de agua que se usa en cada carga escuidadosamente medida por aditamentosautomáticos. La cantidad de agua varía según lacalidad de masacocida.


Desecación del azúcar: Los azúcares húmedos quedescargan las centrífugas contienen 1% de humedadaprox., y se transportan a tolvas distribuidoras situadasarriba de los granuladores, mediante transportadoresde hélice o de correa continua, o con elevadores decangilones. De ahí, el azúcar blanco pasa a losgranuladores para la desecación.

El granulador, llamado así porque separa los cristalesentre sí, es un tambor de metal de aprox. 6 pies dediámetro y 25 de largo (aprox. 2*8.5 m), ligeramenteinclinado hacia el extremo de descarga y que girasobre rodillos.


En la actualidad es corriente el uso de granuladores deun solo paso, es decir, equipos a través de los cuales elazúcar pasa una sola vez. Poco común es la disposiciónde tambores de un solo paso. El ángulo de inclinaciónde estos granuladores es variable. Este ángulo seaumenta cuando el azúcar está secándose bien, paraque ocurran menos caídas durante el paso de loscristales, mientras que para azúcares de grano fino omalas calidades de desecación, el ángulo disminuye.Informan que con este sistema se produce azúcar secoy fresco, cuyos cristales están libres de rasguños.El secador tipo granulador tiende a rayar los cristales delos azúcares de granos grandes. Para estos azúcares seutilizan secadores de banda de pasos múltiples y deotros tipos, así como tambores de diámetro pequeñodentro de los cuales los cristales rueden en unacorriente de aire caliente, sin caer.


Tamizado del azúcar: El azúcar seco pasa a una seriede tamices que lo clasifican según el tamaño de suscristales, extraen los terrones y los polvos más finos, yentregan los productos a tolvas de almacenaje. Losaparatos tamizadores más modernos son tipos quetrabajan por vibración o golpeteo, y consisten enmarcos planos para tamizar, inclinados a unos 35°respecto al horizontal; el azúcar desciende por estosmarcos mientras la superficie tamizadora se mueve aconsecuencia de golpes o vibraciones producidasmecánicamente, y estos movimientos hacen que loscristales pasen a través de las mallas.

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Sistema colector de polvo: Los cristales finos se extraenlos ventiladores de los granuladores se pueden atraparen separadores ciclónicos corrientes para recolecciónde polvo, después de lo cual se venden como azúcarsuperfino o de repostería; pero hay cristalillosdemasiado finos para ser atrapados de esta forma.Estos pequeños cristales se hacen pasar a colectores depolvo del tipo húmedo, de los cuales existen variosdiseños.

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