CENTRO DE CINCIAS AGRRIAS

Curso de Ps-Graduao Gesto do Setor Sucroalcooleiro

Produo de Acar

Oscar F T Paulino

Produo de Acar

CONCEITOS GERAIS

Produo de Acar

Conceitos Bsicos

Caldo MistoCaldo obtido no processo de extrao das moendas e enviado para a fabricao.

Caldo SulfitadoCaldo que contm certa quantidade de anidrido sulfuroso (SO2) integrado ao caldo misto, aps passagem pela coluna de sulfitao.

Caldo ClarificadoCaldo Misto aps o processo de clarificao.

Caldo FiltradoCaldo obtido nos filtros como resultado da filtrao do lodo.

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Conceitos Bsicos

Contedo de cristais % Massa CozidaA porcentagem em peso de acar cristalizada presente em uma massa cozida.

LodoFrao mais densa obtida da decantao do lodo, constituda de material insolvel sedimentado.

Massa CozidaProduto resultante da concentrao do xarope ou do mel constitudo de cristais de acar envoltos no mel.

MagmaMistura de cristais de acar proveniente da centrifugao da massa B com xarope, caldo clarificado, gua, para ser usada como p de cozimento.

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Conceitos Bsicos

MelSoluo resultante da centrifugao da massa cozida

Mel Final ou MelaoMel obtido da massa cozida final destinado produo de lcool.

Semente para granagemSuspenso em lcool de partculas de acar modo, utilizada para a granagem.

TortaResduo obtido da filtrao do lodo dos decantadores.

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Conceitos Bsicos

XaropeLquido resultante da evaporao parcial do caldo de cana clarificado de concentrao cerca de 65Brix.

AcarSlido cristalino, orgnico, constitudo basicamente por cristais de sacarose envolvidos, ou no, por pelcula de mel de alta ou baixa pureza.

BrixPorcentagem em massa de slidos solveis contidas em uma soluo de sacarose.

PolPorcentagem de sacarose contida numa soluo aucarada.

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Conceitos Bsicos

Pureza a relao entre POL e BRIX

Pureza (%) =ExemploPOL BRIX

POL BRIX

x 100

x 100

58,5 65,0

x 100 = 90,0

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Composio do caldo

SACAROSE 14,0 %

C A L D O M I S T O

SLIDOS SOLVEIS 16%

GLICOSE 0,4% FRUTOSE 0,3% NO AUCARES 1,3%

SLIDOS INSOLVEIS 0,2%

AREIA 0,04% BAGACILHO 0,16%

GUA 83,8%

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Fluxograma de Processo Produo de AcarCana Extraocaldo misto bagao

Utilidades

En. Eltrica

Tratamento Caldocaldo clarificado

lodo

Filtrao

Caldo Filtrado Torta

Concentrao Caldoxarope

Vapor Vegetal

Fbrica de Acar

Mel

Fermentao

Acar

Ensaque/Armazen.

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TRATAMENTO DO CALDO

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Fluxograma de Processo Tratamento do caldoCaldo Misto Pr-Aquecimento Rejeito Sulfitao Calagem Aquecimento Flasheamentocaldo

Peneiramento

Caldo Clarificado

Torta Filtrao Caldo Filtrado

Decantaolodo

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SulfitaohAo do SO2 sobre o caldo de cana: Ao Fluidificante Como o SO2 age sobre o caldo de cana precipitando certos colides faz-se ento reduzir a viscosidade proporcionando maior fluidez. Ao Descorante Atravs da propriedade redutora que o SO2 possui, transforma os sais frricos (coloridos) em ferrosos (incolores). Ao Preceptiva Esta ao produzida logo aps a calagem onde h a formao de sulfito de clcio (CaSO3 ) que sendo insolvel ao precipitar-se arrasta muitas impurezas coloridas.

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SulfitaoSADA DE GASES

VLVULA DE ALIMENTAO DO CALDO

BOCAL VERIFICAO ENTRADA DE GASES

ENTRADA DE AR CMARA DE GASES ALIMENTAO DO ENXOFRE

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Sulfitao

Assim, tem-se :Reduo do pH Diminuio da viscosidade Precipitao Inibio de formadores de cor

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Sulfitao

O SULFITO DE CLCIO FORMADO DURANTE A SULFITAO DO CALDO INSOLVEL ACIMA DE 50 C.

A SULFITAO FAVORECE A DESNATURAO E COAGULAO DE PROTENAS DO CALDO

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Sulfitao

Cuidados na operao :Corroso das partes metlicas dos equipamentos Sulfrico Reage com a Cal aumentando o consumo Formando Sulfato de Forma cido

Clcio que causa incrustaes nos evaporadores. Aumento do consumo de Enxofre. Aumento dos teores de sais Cinzas no acar.

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Calagem

A calagem realizada para auxiliar na purificao do caldo. feita uma adio de leite de cal ao caldo, e tem como funes: - Neutralizao da acidez do caldo; - Corrigir o pH at o valor desejado: 7,0 7,2; - Reao com os cidos orgnicos presentes no caldo; - Precipitao dos colides presentes no caldo; - Formao de Ca3(PO4)2 e de CaSO3, quando o caldo sulfitado; - Floculao e arraste de partculas em suspenso.

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Calagem

pH ACIMA DE 8,0 APS A CALAGEM PODE LEVAR FORMAO DE COR NO AUCAR, PRECIPITAO DE SAIS EM EXCESSO E INCRUSTAES.

TEOR DE P2O5 NO CALDO CLARIFICADO DEVE FICAR EM TORNO DE 250 300 PPM.

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AquecimentoO aquecimento feito em trocador de calor, geralmente do tipo casco e tubos, do tipo vertical / horizontal ou trocadores de placas.

Tem como funes: Acelerar as reaes qumicas.

Facilitar as reaes do caldo. Promover a coagulao das protenas. Diminuir a densidade e viscosidade. Provocar a floculao. Elimina e impede o desenvolvimento de bactrias.

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Aquecimento

CORPO : formado por um cilindro de chapa em ao carbono que forma a parte externa do aquecedor.

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Aquecimento

ESPELHO : uma circunferncia de chapa com furos onde so fixados os tubos de cobre.

Tubos de cobre / inox

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AquecimentoTUBOS : As duas extremidades dos tubos so fixadas atravs de mandril nos espelhos. O tubo de cobre possibilita maior troca trmica que os demais tubos. J o inox mais resistente com vida til maior, porm tem custo elevado.

Tubos de cobre ou inox

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AquecimentoCada aquecedor possui duas tampas as quais possuem divises que servem para distribuir o fluxo de caldo.

Entre a tampa e o corpo existe uma borracha com a finalidade de vedar o fluxo de caldo.

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Aquecimento

Deve-se observar a temperatura de aquecimento pois se esta for baixa a clarificao ser inadequada, j se a temperatura utilizada for alta haver a destruio de acar e formao de cor.

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Aquecimento

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Flasheamento

Aps o aquecimento o caldo vai para o balo flash, que tem a funo de liberar todas as partculas em suspenso das bolhas de ar que ali esto agregadas e que comprometeriam a decantao e clarificao, se no fossem retiradas. O flasheamento consiste na expanso brusca do caldo de sua presso na tubulao para a presso atmosfrica. Esta ebulio explosiva e violenta elimina o ar e os gases dissolvidos contidos no caldo, inclusive aquele adsorvido na superfcie das partculas de bagacilho.

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DecantaoAps a passagem pelo balo flash o caldo passa pelos decantadores que separam as impurezas do caldo. Para auxiliar na decantao so adicionados polmeros para promover: - a aglomerao dos flocos; - o aumento da velocidade de sedimentao; - a compactao e reduo do volume de lodo; - a diminuio da turbidez do caldo clarificado. O polmero, na forma como recebido, precisa ter sua molcula distendida, por dissoluo em gua, para que ento possa desempenhar bem sua funo.

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Decantador SRI

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Decantador Convencional

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Decantao

Parmetros de desempenho : pH do caldo aps calagem Temperatura do caldo Vazo do caldo uniforme Dosagem adequada de polmero Caracterstica da cana

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Decantao

Quantidade de polmero : Baixa : fraca precipitao Recomendada : melhor eficincia precipitao Excesso : Repulso e no floculao

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Decantao

CUIDADOS COM O POLMERO :Marca do polmero Preparo do polmero Cuidados na flor de adio Cuidados com a dosagem na entrada do decantador

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Decantao

POLMERO - DOSAGEM CORRETA

+Polmero Slidos em Suspenso Floculao

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Decantao

POLMERO - DOSAGEM INCORRETA

+Excesso de polmero provoca o fenmeno da repulsoSlidos em Suspenso

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Decantao

CARACTERSTICAS DO POLMERO : a - Grau de hidrlise b - Carga eltrica c - Peso molecular d - Testes em laboratrio para seleo

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Decantao

CUIDADOS COM A DECANTAO :Deve-se acompanhar atentamente todos os decantadores, afim de que no apresentem caneca com caldo sujo. Monitorar a concentrao do lodo.

Monitorar amostras sujas

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Peneiramento

Funo Garantir a remoo da maior parte dos insolveis presentes no caldo.

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Peneiras

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Peneiramento

Turbo filtroA I 10"

A

E1050

D H C G

F

F

250 291

1840 2340 3276 4221

250 613

956

2082

2700

B

B

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Peneiramento

Turbo filtro

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FiltraoDo processo de decantao obtm-se o caldo clarificado e o lodo (impurezas retiradas do caldo). O caldo clarificado enviado para a evaporao e o lodo para o sistema de filtrao, para recuperao de parte de seu contedo de acar.

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Filtro rotativo vcuo

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Filtro Vaccum Press

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Filtro Vaccum Press

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CONCENTRAO DO CALDO

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Fluxograma de Processo Concentrao do caldoCaldo Clarificado

Pr-Evaporao

Evaporao

Flotao

Xarope

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Pr-evaporao

Tem a finalidade de elevar o Brix do caldo clarificado a 25 Brix e gerar vapor vegetal a partir da gua existente no caldo. A concentrao final do caldo realizada na evaporao.

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Pr-evaporao

Robert (Convencional) Falling film.Vapor de Escape

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Pr-evaporao

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Pr-evaporao

LIMPEZA :Limpeza mecnica; efetuada com rasquete ou roseta rotativo; Limpeza com jato de gua sob alta presso; Limpeza qumica, CIP (Cleam In Place)

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Pr-evaporao

AUMENTO DAS INCRUSTRAES :Oscilao na vazo do caldo Descontrole no nvel dos prs Descontrole da correo do pH na dosagem.

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Pr-evaporao

A presena de grande formao de incrustao em determinadas regies da calandra, um dos sintomas caractersticos de m circulao do caldo. importante que o nvel do caldo seja mantido em aproximadamente um tero da altura dos tubos, para proporcionar uma boa circulao do caldo. Se a tubulao da evaporao no estiver limpa, a incrustao se formar rapidamente;se estiver com a superfcie dos tubos lisa,no ocorrer depsito.

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Pr-evaporao

NVEL DO CALDO :Em todos os corpos deve-se manter cerca de 1/3 da altura dos tubos, reduzindo o efeito da presso hidrosttica no ponto de ebulio do caldo, aumentando a circulao do caldo e obtendo uma mxima taxa de evaporao.

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Pr-evaporao

Fatores que influenciam a Pr Evaporao :Composio do caldo Peneiragem do caldo; Caractersticas dos insumos da clarificao Processos de clarificao; Nvel de caldo nas calandras dos evaporadores; Velocidade de circulao de caldo nos vasos

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Evaporao

O caldo pr-evaporado enviado evaporao para eliminar o excesso de gua do caldo, transformando-o no xarope, com cerca de 65 Brix, no qual ainda no existem cristais de acar.

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Evaporao

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Evaporao

Formao da cor : maior no primeiro corpo onde a temperatura mais alta. tambm causada pela deficiente circulao do caldo na calandra e altos tempos de reteno Quando o vcuo baixo, a temperatura de sistema sofre uma elevao, aumentando a formao de cor.

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Evaporao

Diminuio do pH :Durante a evaporao comum um decrscimo no pH de valores prximos a 0,3. Este decrscimo proporcional ao tempo de reteno na evaporao.

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Evaporao

Pureza :Quando h uma queda na pureza, uma indicao de inverso de sacarose, causando perdas indesejveis.

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FlotaoUtilizado para diminuir a turbidez do xarope (~ 50 %) e conseguindo adicionalmente diminuir a cor do mesmo (~20%). Processo : Aquecimento do xarope temperatura entre 80 e 85C; O xarope aquecido misturado com produtos qumicos que so usados para clarificar a mesma. Aps passar pelo tanque de reao dissolvido ar no xarope de forma de ocluir as impurezas dentro dos flculos formados ou em formao. As impurezas saem do tanque flotador pela parte superior como espuma, e voltam para o incio do processo, O xarope clarificado que sai pelos coletores colocados na parte inferior do flotador est em condies de alimentar os tachos de cozimentos

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COZIMENTO, CENTRIFUGAO E SECAGEM DO ACAR

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Fluxograma de Processo Fbrica de acarXarope Cozimento Cristalizao Centrifugao Secagem Acar Ensaque Armazenamento

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Balano para 2 massasXaropeCorrente Vazo Brix Pureza

Sistema de 2 massasDia : 17/7/2005

287,9 ton/h 66,0 87,6

gua evap.72,3 ton/h

Cozedor A

Xarope A255,8 ton/h 66,0 87,6

Xarope B32,1 ton/h 66,0 87,6

Cozedor B

gua evap.48,5 ton/h

Massa A244,5 ton/h 91,0 87,4Centrfuga Massa A Centrfuga Massa B

Massa B133,3 ton/h 90,0 79,6

Mel final79,8 ton/h 83,0 64,8

gua adic.28,8 ton/h

Mel A149,7 ton/h 66,0 77,9

gua adic.7,6 ton/h

Magma B61,0 ton/h

Acar123,7 ton/h 59.381 sc/dia 99,97 99,8

88,0

98,0

RI =

74,2

%

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Vista dos Equipamentos

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Semente de Granagem

Produzida no laboratrio, pela moagem de acar com lcool em moinhos de bola; A semente preparada usando a proporo de 2 litros de lcool anidro para 1 Kg de acar; Tamanho do cristal de cerca de 5 a 12 um; Entregue aos operadores para utilizao nos cozimentos em embalagens pequenas; O tempo de moagem entre 8 a 10 horas; A pasta de semente no deve ser armazenada por um perodo superior a 30 dias;

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Granagem

Ponto de semeamento (ponto de fio fio estvel com os dedos afastados 1 a 2 cm, ou comportamento do mel escorrendo na lmina seca de vidro). Este o ponto de supersaturao. Na prtica este ponto deve estar em torno de 84oBrix; Lavagem dos cristais por cerca de 5 a 10 minutos; Homogeneizao da vcuo; pasta ao ser introduzida no

Introduzida sempre a mesma quantidade no vcuo, com volume calculado em funo do tipo do acar e da capacidade dos equipamentos existentes ( cerca de 100 a 200 ml de pasta de semente / 100 hl de massa cozida final);

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Zonas de Cristalizao

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Granagem

Se jogssemos 1000 cristais pequenos de acar e no deixssemos nenhum deles se dissolver, teramos, aps um certo tempo, exatamente 1000 cristais grandes de acar; Vantagens : Operao de fcil reproduo; Reprodutibilidade do tamanho do cristal; Homogeneidade dos cristais; Homogeneidade na quantidade de acar; Esgotamento dos mis.

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Cozimento

Chamamos de cozimento s operaes desenvolvidas na fbrica de acar para obteno do cristal de sacarose com valor comercial. O cozimento propriamente dito feito sob vcuo (22-25 pol Hg), por evaporao, a baixa temperatura (65-70 oC), para que no ocorra prejuzo da qualidade do acar ou at degradao trmica da sacarose . No cozimento, estaremos evaporando a gua e, portanto, supersaturando a soluo, fazendo com que o acar se deposite nas sementes ou nos cristais j existentes, fazendo-os crescer.

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Cozimento

Vemos, portanto, que os cristais devem ser obtidos e o cozimento deve ser conduzido, at o final, na zona metaestvel, para que haja controle sobre o crescimento dos cristais; Se a concentrao cair, cristais se dissolvero, levando inclusive a acrscimo de cor, quando voltarem a crescer; Se a concentrao subir, ela pode invadir a zona intermediria, ocasionando o aparecimento de falsos gros.

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Cozimento500 partes de Sacarose / 100 partes de agua 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 50 60 70 80 90 100Temperatura (C)1,0 SS 1,2 SS INSATURADO 1,3 SSZONA INTER.

Curvas de Supersaturao - Sacarose Pura

Brix

ZONA DE SUPERSATURAAO

80

ZONA METAESTVEL

75

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Esquema de 6 cortes massa BVcuo #1Semente

Xarope

1/3 Vcuo # 2

Mel Pobre

1/3 Vcuo # 3

Mel Pobre

1/3 Vcuo # 2

Mel Pobre

1/2 Vcuo # 2 Vcuo #4 Vcuo # 3

1/2 Vcuo #5 Vcuo # 2

1/2 Vcuo # 4

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Cozimento

Xarope ou mel muito diludos, variaes na presso do vapor ou do vcuo podem favorecer a diluio de cristais existentes, aumentando o tempo de cozimento, aumentando o consumo de vapor e sujeitando a uma maior degradao de acares e formao de cor; Para diluio de mis e magma no basta simplesmente misturar gua. preciso que se garanta a diluio adequada, a agitao adequada, aquecimento e tempo de reteno.

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Cozimento

Operao de cortes de massa entre dois vcuos para a obteno do tamanho desejado de cristal; Ao se cortar um vcuo, deve-se ter o cuidado de que as calandras dos equipamentos fiquem cobertas de massa cozida; A tubulao de corte deve ser sempre limpa aps cada corte.

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Cozimento

Para o aperto, fecha-se a alimentao e continuase a concentrar a massa at se atingir o Brix desejado (92o Brix) para final do cozimento. O objetivo aqui obter uma massa com o mximo teor de cristais permitido, buscando um mel o mais pobre possvel; A existncia de uma pequena camada de mel envolvendo os cristais, vai proteg-los das agresses durante sua centrifugao e ensaque, reduzindo as quebras;

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Cozimento

Aps a descarga, normal ficar uma certa quantidade de cristais retida no interior do equipamento (corpo, espelho superior, fundo, lunetas etc). Estes cristais devem ser removidos ou dissolvidos antes de se iniciar um novo cozimento. Vaporizao do cozedor para dissolver e arrastar os cristais de acar retidos no interior do equipamento. Deve ser realizado com vapor de baixa presso (ocorrncia de pontos pretos).

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Massa A

Tipo 1 e 2 : sem cortes - tamanho cristal 0,60 - 0,65 mm Tipo VVHP : com cortes - tamanho cristal - 0,90 mmXarope Magma B Mel rico Vcuo # 1 Vcuo # n

Tipo 1 e 2 : 1 p de magma -> 1 cozimento Tipo VVHP : 1 p de magma -> 2 cozimentos

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Recuperao da Fbrica

Balano de purezas: J : Juice => xarope S : Sugar => acar M : Molasses => mel; S x (J - M ) R = J x (S - M)Exemplo : J S M R = : 87,8 % : 99,6 % : 69,0 % S x (J - M ) J x (S - M) = 99,6 x (87,8 - 69) 87,8 x (99,6 69) = 69,7 % de recuperao

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Cristalizador

A massa descarregada no cristalizador, que provido de agitadores que auxiliam a cristalizao do acar e impedem a formao de um bloco, alm de servir como pulmo para as centrfugas.

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Centrifugao

Separao do mel que envolve os cristais de acar de uma massa cozida. Utilizao da fora centrfuga para retirada do mel contido na massa Rotao : 1200 - 1500 rpm

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Centrifugao

gua :

lavagem do acar influncia na cor/pol tempo e temperatura secagem aumento da temperatura

Vapor:

Centrifugao : separao do mel influncia na cor

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Centrfugas ContnuasA massa B lavada com gua em centrfugas contnuas, o cesto tipo cnico vertical, operando com descarga contnua de slidos. A separao centrfuga ocorre no cesto cnico, sobre as telas para filtrao. Com a subida da massa sobre a tela, os mis so separados dos cristais de acar.

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Centrfugas Contnuas

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Centrfugas Contnuas

As centrfugas descontnuas promovem a separao do acar dos mis. A massa A descarregada na centrfuga, e esta lavada com gua, primeiramente sa mel pobre e depois na prxima lavagem (com vapor) sa mel rico

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Centrfugas Descontnuas

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Secagem

Consiste na secagem e resfriamento do acar para ensaque; Relao acar:ar de 1:2 ; Uso comum de secadores rotativos: convencionais; com adiabtico; com exausto central.

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Secador Rotativo Convencional

Vapor

Ar ambiente Condensado Ar quente

P/ cmara de lavagem

Acar quente

Ar ambiente

Acar frio

Produo de Acar

Secador Rotativo com Resfriador Adiabtico

gua

Ar ambiente

P/ cmara de lavagem

Acar quente

Ar resfriado mido Vapor

Ar quente

Condensado

Acar frio

Produo de Acar

Secador Rotativo com Exausto Central e Chiller

Chiller P/ cmara de lavagem

Ar ambiente

Acar quenteVapor

Ar gelado

Ar ambiente

Ar quente

Zona de secagemCondensado

Zona de resfriamento

Acar frio

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Umidade na SecagemO acar enviado para o secador, e seco at atingir umidade final de no mximo 0,10% para Acar tipo 4 e VVHP, 0,15% para tipo VHP, 0,04% para tipos 1, 2 e 3.

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Secagem

Temperatura do acar no ensaque acima de 40oC : problema de amarelecimento e empedramento; Fatores que acarretam temperaturas muito elevadas no ensaque : instalao acima da capacidade de projeto; necessidade de reduo de temperatura maior que a de projetotempo e temperatura das lavagens.

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Secagem

Instalaes operando inadequadamente : vazo de ar insuficiente; entrada de ar falso; tempo de reteno insuficiente; cascateamento do acar deficiente no interior do secador.

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Pontos relevantes

Teor de fsforo no caldo; Retomada gradual da moagem aps chuva; Procedimento de enchimento/liquidao dos decantadores (tempo/pH/temperatura); Desempenho do balo flash e filtros; Controle/testes desempenho polmero; Incio/retorno de operao de prs e evaporadores (insolveis); Controle de pureza nos prs; Controle brix xarope; Preparo e conservao da semente; Monitoramento do teor de cristais e magma

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Armazenamento em big bag

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Armazenamento granel

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ESPECIFICAO DO ACAR

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Especificaes tpicasCaractersticas Cor ICUMSA Polarizao Umidade Resduos Insolveis Pontos Pretos Part. Magnetizveis Cinzas Sulfito Dextrana Amido Turbidez Granulometria Aparncia Sabor Odor Unidade UI mx Z mn. % mx 1 a 10 mx mg/kg mx. no/100g mx mg/kg mx % mx mg/kg mx mg/kg mx mg/kg mx NTU mx AM em mm min. CV em % mx. Fundo mx. o

Tipo 1 100 99,8 0,04 5 7 2 0,04 10 -

TIPO DE ACAR Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 VHP 150 180 400 1200 99,7 99,7 99,5 99,00 - 99,49 0,04 0,04 0,10 0,15 5 9 7 15 1 5 0,05 0,07 0,10 0,15 10 15 20 100 150 180 180 20 20 0,5 - 0,8 0,5 - 0,8 Cristal branco, sem empedramento Doce caracterstico Caracterstico, sem odor desagradvel

VVHP 450 99,6 0,10 120 0,12