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PROCESO DE SULFITACION

Sulfitación
by

Maria Eugenia Espina

on 1 September 2014

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Transcript of PROCESO DE SULFITACION

PROCESO DE SULFITACIÓN
Fórmula de Sacarosa: C12 H22 O11, oxigeno 51,42%, carbono 42,10%, hidrogeno 6,48%. Peso molecular: 342,30.
La sacarosa es un disacárido compuesto por una molécula de glucosa y una de fructosa. Al calentar en un medio ácido o por acción de la enzima invertasa se descompone para formar (+)D-glucosa y (-)D-fructosa, mezcla que se llama “Azúcar”
El proceso industrial del azúcar pertenece al sector Agrario o primario.

El azúcar se puede clasificar por su origen (de caña de azúcar o remolacha), pero también por su grado de refinación. Normalmente, la refinación se expresa visualmente a través del color (azúcar moreno, azúcar rubio, blanco), que está dado principalmente por el porcentaje de sacarosa que contienen los cristales.

Azúcar rubia
, es menos oscuro que el azúcar moreno o crudo y con un mayor porcentaje de sacarosa.
Azúcar prieta
, (también llamado "moreno", “negro” o “crudo”) se obtiene del jugo de caña de azúcar y no se somete a refinación, sólo cristalizado y centrifugado. Este producto integral, debe su color a una película de melaza que envuelve cada cristal. Normalmente tiene entre 96 y 98 grados de sacarosa. Su contenido de mineral es ligeramente superior al azúcar blanco, pero muy inferior al de la melaza.
Azúcar refinado o extra blanco,
es altamente puro, es decir, entre 99,8 y 99,9 % de sacarosa. El azúcar rubio se disuelve, se le aplican reactivos como fosfatos, carbonatos, cal para extraer la mayor cantidad de impurezas, hasta lograr su máxima pureza. En el proceso de refinamiento se desechan algunos de sus nutrientes complementarios, como minerales y vitaminas.
Azúcar blanco directo
, con 99,5% de sacarosa. También denominado azúcar sulfitado. Este tipo de Azucar es el que se produce en el
Central Azucarero Guanare.
LA SULFITACIÓN ES EL MÉTODO MÁS EMPLEADO PARA ELIMINACIÓN DE COLOR EN PRODUCTOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR

La Sulfitación consiste en adicionar Dioxido de Azufre (SO2) a la corriente del jugo de proceso en fabricas de azucar. El contacto ocurre en las columnas de Sulfitación, y tiene como objetivos:

Evitar la descomposición de la sacarosa, controlando la formación de compuestos coloreados;
La reducción del pH para favorecer la precipitación y eliminación de proteínas del jugo;
Disminución de la viscosidad del Jugo y en consecuencia del jarabe, miel y la pasta cocida;
Preservación del jugo contra algunos microorganismos;
Prevenir el amarillamiento del azúcar blanco cristal, por algún tiempo, durante el almacenamiento;

Dióxido de Azufre (SO2)

Es un gas incoloro, denso, de olor intenso e irritante en concentraciones superiores a 3 ppm, tóxico (máximo tolerado por los humanos 5 ppm y para los vegetales 1 ppm).
Es 2.2 veces más pesado que el aire, a pesar de lo cual se desplaza rápidamente en la atmósfera, siendo un gas bastante estable.

Enfocándonos principalmente en el proceso de eliminación de color mediante el empleo de dióxido de azufre (SO2) tendremos en cuenta aspectos desde su producción hasta el efecto directo en el producto extraído de la caña de azúcar.

Proceso de Sulfitación:

En el Central Azucarero Guanare, el sistema empleado para la Sulfitación es el de Hornos Quemadores Cerrados Estáticos, el sistema está compuesto por Horno, Cámara de Sublimación, Sistema de Enfriamiento y Torre de Sulfitación.
El horno se alimenta de azufre manualmente mediante bandejas dosificadoras, para ser expuesto posteriormente al fuego.

Los gases de SO2 se generan en el Horno, luego pasan por la Cámara de Sublimación donde se transforman y ascienden por la tubería que consta de una Camisa de Enfriamiento por la cual circula agua para disminuir la temperatura de los gases.

En cualquier tipo de quemador de azufre, el aire que se suministre al horno debe estar seco, ya que la humedad del aire permitirá la formación de Ácido Sulfúrico, cuyo efecto es claramente perjudicial para las tuberías, accesorios, etc.; y es especialmente grave si llega al jugo.

El proceso de Sulfitación ha sido empleado durante muchos años para la producción de azúcares blancos de consumo directo.
En estados de Norteamérica y Sudáfrica se empleaba el método de la Sulfitación desde los años 20 aproximadamente.
El proceso incrementa los costos de mantenimiento debido al aumento de incrustaciones en calentadores y evaporadores; y un mayor contenido de ceniza en los azúcares crudos, son motivos por los cuales se ha interrumpido la Sulfitación en la producción de azúcar en muchos países.
Parámetros de Sulfitación

Garantizar una Temperatura de combustión del Azufre de 363°C como mínimo, este se inflama y se quema con una llama de color azul púrpura, formando dióxido de azufre y produciendo 2217 Kcal/Kg de azufre.
S + O2 ---> SO2

En Teoría el Oxígeno requerido para la combustión es de 4,3 veces el peso del Azufre, debido a que 100g de aire contienen 23,15g de Oxigeno, pero en realidad siempre se utilizan cantidades mayores a las estimadas en la teoría.

Una vez realizado el proceso de enfriamiento la temperatura debe oscilar entre los 85 y 105 °C.

El azufre fundido se evapora y los vapores de azufre se queman al entrar en contacto con el aire. La combustión será completa si se hace llegar el suficiente oxígeno por un período de tiempo suficientemente grande a una temperatura suficientemente alta.

Identificación del Problema de la Torre de Sulfitación del Central Azucarero Guanare
Descripción del problema y causas:


En la torre de sulfitación se detectó que el caudal de flujo de gases no es el esperado, esto se debe a que el extractor es ineficiente debido a la potencia nominal sub-dimensionada al trabajo a realizar, como consecuencia el consumo de SO2 no supera el valor esperado de 1200 ppm y el PH en el valor de 3.7

Se elaboró una serie de observaciones y se determinó que la capacidad de quema de los hornos es insuficiente para el proceso, esto es debido a su diseño obsoleto y estado de deterioro. Esto genera que la cantidad de gases que se incorporan al proceso sea limitada, ocasionando insuficiencia en la sulfitación del jugo.

Las torres de sulfitación están construidas con tablas de madera, internamente el recorrido del jugo y el gas de SO2 dispone de una serie de paneles con agujeros que convierten el flujo de jugo de caña en una especie de cortina de gotas que favorecen el contacto del jugo con el gas de SO2, se ha determinado que una de las torres no cuenta con algunas de estas tablas con agujeros y no se logra el efecto de cortina de gotas. Es necesario realizar un desmontaje de las torres para verificar la correcta disposición e instalación de los paneles internos de las torres de sulfitación.

En una inspección de las torres de sulfitado se encontró que hay fugas en la estructura de las mismas, esto perjudica la acción de mezclar jugo y gas de SO2. Es necesario reparar estas fugas o reconstruir las torres nuevamente.

En una inspección del proceso de sulfitado se encontró que el central no dispone de medidores de temperatura ni de pH, por lo cual no se puede controlar lo que sucede en este tramo del proceso de fabricación, lo que va en detrimento de la calidad del producto terminado. Se requiere garantizar un pH entre 3,8 y 4 y una temperatura de salida de gas de SO2 de entre 80°C y 100°C.


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)
P
roducto, transporte y almacenamiento especial.
b)
C
ontroles, restricciones o permisos 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 restante 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.
Soluciones Propuestas:

Se requiere realizar un estudio de la necesidad de extracción de gases y de la capacidad de extracción del ventilador para determinar si es necesario:

A.) Reemplazar el extractor existente por uno nuevo que cumpla con la demanda actual; ó
B.) Instalación de un segundo extractor que alivie el trabajo del instalado, cumpliendo así con la demanda de producción.

Diseño y construcción de hornos de banda alimentados por un sinfín, basado en un estudio de los requerimientos del central para sustituir a los dos hornos viejos.

Se requiere obtener un gas de SO2 con una concentración de 1200ppm.

En una inspección de las torres de sulfitado se encontró que hay fugas en la estructura de las mismas, esto perjudica la acción de mezclar jugo y gas de SO2. Es necesario reparar estas fugas o reconstruir las torres nuevamente.

Instalación de medidores de temperatura antes y después de las torres de sulfitación, para poder garantizar una temperatura de SO2 de 120°C.

Instalación de medidores de pH en la salida del jugo sulfitado, para poder garantizar un pH de jugo sulfitado de entre 3,8 y 4.

GRACIAS...!
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