TECNOLOGIA DE AZUCAR Y DERIVADOS

Universidad Nacional Pedro Ruiz GalloINDUSTRIAS ALIMENTARIAS

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA EINDUSTRIAS ALIMENTARASEscuela Profesional deIngeniera en Industrias alimentariasTRABAJO FINAL ASIGNATURA: INGENIERIA DE LOS ALIMENTOS II.

DOCENTE: Ing. Len Roque Noem

ALUMNO:Herrera Quesqun Oswaldo.

CICLO:

2015-I

I. PRESENTACION

La caa de azcar es el cultivo de mayor importancia en la produccin de este edulcorante en el mundo. El rea total en produccin es de 19.24 millones de hectreas distribuidas en Asia 42.5%, Amrica 47.7% y en frica y Oceana cultivan 7.4% y 2.4%, respectivamente. El promedio mundial de produccin es de 65.2 ton/ha (FAOSTAT, 2002).Los estudios que se han efectuado indican que la caa de azcar es originaria de Nueva Guinea, y no de la India como antes se crea. Es probable que, despus de su introduccin hace por lo menos 8000 aos como planta de jardn, la caa haya ido emigrando de una Isla a otra en el sur del pacifico, y de ah, durante un periodo no menor de 3000 aos, a la pennsula Malaya e Indochina. Es probable que la transicin de la caa de planta de Jardn a la planta de cosecha haya ocurrido en la parte tropical de la India, varios siglos antes de la era cristiana. La primera prueba positiva que se posee de azcar en forma slida procede de Persia y data del ao 500 D.C. La introduccin de la caa en tierras Americanas por Coln, Corts, Pizarro, y otros exploradores tuvo como resultado el rpido desarrollo de la fabricacin de Azcar. Ya en el ao 1600 se deca que la produccin de Azcar crudo en Amrica Tropical era la industria mayor del mundo en esa poca. La caa de azcar es una gramnea tropical que pertenece a la misma familia (Andropogoneae) que la del sorgo, el pasto Jonson y el maz. La caa de azcar que se cultiva actualmente es un hbrido complejo de dos o ms de las cinco especies del gnero Saccharum: S. Barberijeswiet, S. officinarumL., S. robustumBrandes&Jesw. ex Gras, S. SinenseRoxb. Y S. Spontaneum. Muchas formas de estas especies se hibridizan originando un gnero muy diverso. Algunos investigadores piensan que Saccharumse desarroll en el rea de Birmania, China e India en el Asia Meridional. Las amplias variaciones del tamao, color y el aspecto son resultado de las diversas condiciones del terreno, del clima y de los mtodos de cultivo y seleccin local. Se acepta hoy en da que S. officinarumse desarroll mediante la seleccin practicada por los cazadores de cabezas aborgenes; las formas con un alto contenido de fibra (S. robustum) se utilizaban para construccin y las formas dulces, blandas y jugosas se producan para masticarse.

II. OBJETIVOS: Conocer el proceso de elaboracin de la caa de azcar desde la evaporacin hasta la fase de empaquetado. Identificar cada mquina de proceso en cada una de las operaciones unitarias.III. MRCO TEORICO: La caa que llega del campo se muestrea para determinar las caractersticas de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezasPicado de Caa: Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores accionados por turbinas, provistos de cuchillas giratorias que cortan los tallos y los convierten en astillas, dndoles un tamao ms uniforme para facilitar as la extraccin del jugo en los molinos.Molienda: La caa es sometida a un proceso de preparacin que consiste en romper o desfibrar las celdas de los tallos por medio de picadoras.Pesado de jugos: El jugo diluido que se extrae de la molienda se pesa en bsculas con celdas de carga para saber la cantidad de jugo sacaroso que entra en la fbrica. Clarificacin: El jugo proveniente de los molinos, una vez pesado, pasa al tanque de alcalinizacin, donde se rebaja su grado de acidez (pH aproximado: 5,2), y se evita la inversin de la sacarosa, mediante la adicin de la lechada de cal. Despus de estos procesos ya vistos en clase se prosigue con las siguientes operaciones unitarias.1. EVAPORACINEl objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador, para obtener un jarabe de 60 65 Brix de concentracin. La estacin de evaporacin consta de un evaporador principal que recibe el nombre de preevaporador y cuatro lneas de evaporadores en arreglo de cudruple, cada lnea de evaporacin est provista de instrumentacin y equipos de control. El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de slidos de 15 Brix, se concentra por evaporacin de mltiple efecto y se entrega con una concentracin aproximada de 60-65 Brix. Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura. En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo. El jugo claro posee casi la misma composicin del jugo crudo extrado (con la excepcin de las impurezas eliminadas en la cachaza).La operacin del sistema de evaporacin en la planta es de quntuple efecto, tanto para la lnea de blanco como para la lnea de crudo. La operacin es relativamente sencilla debido a que se fijan las condiciones de entrada, salida, nivel de cada evaporador y extraccin de vapores vegetales hacia el exterior.La evaporacin se realiza en evaporadores tipo Roberts en los cuales el vapor y el jugo se encuentran en cmaras separadas que fluyen en el mismo sentido.El jugo pasa de un evaporador a otro con bombas denominadas de transferencia. El control global de un evaporador se ejecuta a travs de la estabilizacin de cinco factores muy importantes: La concentracin del producto final La presin absoluta en el ltimo cuerpo La alimentacin de vapor y jugo al primer evaporador Remocin de condensados y gases inconfensables El control de incrustacin en cada evaporadorste proceso se da en evaporadores de mltiples efectos al vaco, que consisten en una solucin de celdas de ebullicin dispuestas en serie. El jugo entra primero en el preevaporador y se calienta hasta el punto de ebullicin. Al comenzar a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto, logrando as un menor punto de ebullicin en cada evaporador. En el proceso de evaporacin se obtiene el jarabe o meladura. La meladura es purificada en un clarificador. La operacin es similar a la anterior para clarificar el jugo filtrado.

TIPOS DE EVAPORADORES: a) EVAPORADOR DE PELCULA FINAEst formado por conos de evaporacin giratorios equipo apropiado para procesos en donde la calidad del producto sea lo ms importante Se usan finalizadores o evaporadores de acabado en los que hay que afrontar capacidades pequeas y viscosidades elevadas, debido a su alto costo. Se usan mucho para la concentracin de productos azucarados.b) EVAPORADOR MLTIPLE EFECTO Un evaporador de mltiple efecto consta de un conjunto de evaporadores, donde el primer efecto es el primer evaporador y as sucesivamente. Durante el funcionamiento, el vapor producido en el primer efecto se utiliza como vapor calefactor del segundo efecto.

Mtodos de alimentacin en los mltiples efectos:Alimentacin directa. El alimento entra en el primer efecto y sigue el mismo sentido de circulacin que el vapor, saliendo el producto en el ltimo efecto. El lquido circula en el sentido de las presiones decrecientes y no es necesario aplicar ninguna energa auxiliar para que el lquido pase de un efecto al otro. Solo hacen falta dos bombas, una para introducir el lquido en el primer efecto y otra para extraer el producto del ltimo efectoAlimentacin a contracorriente. El lquido a evaporar entra en el ltimo efecto y sale concentrado por el primero. El lquido a concentrar y el vapor calefactor circulan en sentido contrario. Aqu el lquido circula en sentido de presiones crecientes y esto requiere el uso de bombas en cada efecto para bombear la disolucin concentrada de un efecto al siguiente. Esto supone una complicacin mecnica considerable que se suma al hecho de hacer trabajar las bombas a presiones inferiores a la atmosfrica. As, si no hay otras razones, se prefiere el sistema de alimentacin directa.

Alimentacin mixta. Cuando en una parte del sistema de alimentacin es directa y en la otra parte es a contracorriente. Este sistema es til si tenemos disoluciones muy viscosas. Si utilizamos la corriente directa pura, nos encontramos que el ltimo efecto, donde hay menos temperaturas la viscosidad de la disolucin concentrada aumenta, lo que hace disminuir sensiblemente el coeficiente global, U, en este efecto. Para contrarrestar eso, se utiliza la alimentacin a contracorriente o la mixta. La disolucin diluida entra en el segundo efecto sigue el sentido de la alimentacin directa, pasando despus del ltimo efecto al primero, para completar la evaporacin a temperatura elevada.

Alimentacin en paralelo: Cuando el alimento entra simultneamente a todos los efectos y el lquido concentrado se une en una sola corriente. Sistema utilizado en la concentracin de disoluciones de sal comn, donde los cristales depositados hacen que resulte difcil la disposicin de la alimentacin directa.c) Evaporadores de tubos horizontales. El vapor calefactor es vapor de agua saturado que cede su calor de condensacin y sale como agua lquida a la misma temperatura y presin de entrada. Este evaporador se denomina de tubos horizontales porque los tubos estn dispuestos horizontalmente.En el siguiente evaporador, la cmara de calefaccin est formada por los tubos horizontales, que estn soportados por dos placas. El vapor entra en los tubos y se condensa al cedes su calor de condensacin. Puede quedar vapor no condensable, que se elimina mediante una purga. La cmara de evaporacin formada por un cuerpo cilndrico vertical, cerrado por las bases, con una salida para el disolvente evaporado por la parte superior y otra salida para la disolucin concentrada en la parte inferior. Estos evaporadores suelen ser de chapa de acero o hierro con un dimetro aproximado de 2 metros y 3 metros de altura. El dimetro de los tubos acostumbra a ser de 2 a 3 centmetros.

En el siguiente evaporador el vapor entra por dentro de los tubos, y al ceder calor al lquido que circula por encima de los tubos, el vapor se condensa. Del evaporador sale la disolucin concentrada y el disolvente evaporado.d) Evaporadores de tubos verticales. Se denominan as porque el haz de tubos est dispuestos verticalmente dentro de la coraza.El evaporador que se encuentra a continuacin se denominaEvaporador Standard, que es uno de los ms conocidos. La evaporacin tiene lugar dentro de los tubos, saliendo por la parte superior el disolvente evaporado y por la parte inferior la disolucin concentrada. El vapor calefactor entra por encima del haz de tubos y sale como agua condensada.

e) ElEvaporador de CestaQue se encuentra a continuacin, es otro tipo de evaporador de tubos verticales, en el cual la coraza tiene forma cnica. Este tipo de evaporador se utiliza cuando lo que se pretende es llevar la evaporacin al extremo, es decir, evaporar todo el disolvente de la disolucin diluida para obtener cristales. Los cristales formados se recogen por la parte inferior. El elemento calefactor se trata de un cuerpo compacto que se puede extraer para su limpieza.

f) Evaporador de pelcula descendiente En estos evaporadores la alimentacin es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullicin del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto. Se produce una distribucin homognea del producto dentro de los tubos en la parte superior del evaporador, generando una pelcula descendente de iguales caractersticas en la totalidad de los tubos. Este punto es de suma importancia, ya que una insuficiente mojabilidad de los tubos trae aparejado posibles sitios en donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a bajos rendimientos de evaporacin, ensuciamiento prematuro de los tubos, o eventualmente al taponamiento de los mismos. Dentro de los tubos se produce la evaporacin parcial, y el producto que esta siendo concentrado, permanece en ntimo contacto con el vapor que se genera industria de aditivos y lcteag) Evaporador de pelcula ascendiente En estos tipos de evaporadores la alimentacin se produce por la parte inferior del equipo y la misma asciende por los tubos. El principio terico que tienen estos evaporadores se asimila al efecto sifn, ya que cuando la alimentacin se pone en contacto con los tubos calientes, comienza a producirse la evaporacin, en donde el vapor se va generando paulatinamente hasta que el mismo, empieza a ejercer presin hacia los tubos, determinando de esta manera, una pelcula ascendente. Esta presin, tambin genera una turbulencia en el producto que est siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia trmica, y por ende, la evaporacin. En estos evaporadores existe alta diferencia de temperaturas entre la pared y el lquido en ebullicin. Cabe mencionar que la altura de los mismos es limitada, ya que la capacidad del vapor en arrastrar la pelcula formada hacia la parte superior del equipo no es suficiente y determina la altura mxima posible para el diseo.h) Evaporador de pelcula agitada Evaporacin por pelcula fina agitada ha resultado muy exitosa con productos difciles de procesar. Ponindolo simplemente, este mtodo rpidamente separa los componentes voltiles de los componentes menos voltiles usando transferencia indirecta de calor y agitacin mecnica de la pelcula del producto que fluye bajo condiciones controladas. La separacin normalmente se lleva a cabo bajo condiciones de vaco para maximizar la diferencia de temperatura mientras se mantiene la ms favorable temperatura del producto, y para maximizar la remocin y recuperacin de voltiles. Industria para productos difciles de procesar

2. CRISTALIZACINLa cristalizacin tiene como objetivo almacenar las masas cocidas y pasar con la consistencia debida a centrifugacin y controlar agotamiento de masas. La cristalizacin se realiza en los tachos, que son recipientes al vaco de un solo efecto. El material resultante que contiene lquido (miel) y cristales (azcar) se denomina masa cocida. El trabajo de cristalizacin se lleva a cabo empleando el sistema de tres cocimientos o templas para lograr la mayor concentracin de sacarosa. La meladura concentrada inicia el proceso de evapo-cristalizacin en la estacin de tachos. El sistema empleado para el agotamiento de la meladura es el de tres templas modificadas de forma tal que la semilla cristal para masa cocida B y C es diferente y el cristal para estas semillas se hace con slurry polvillo de azcar en alcohol. La masa cocida A se fabrica con meladura virgen y semilla o magma B, la masa B en las porciones adecuadas para mejorar agotamiento de la meladura. La masa cocida C se fabrica con semilla cristal para masa C y miel B. Todo el azcar de C o magma C se disuelve con jugo clarificado y se retorna al tandem de evaporadores.

Procedimiento de cristalizacin de la caa de azcar.El proceso de cristalizacin se lleva a cabo en el interior de unos depsitos denominados tachos.Se trata de cristalizadores de vaco. En los tachos se produce la separacin del azcar del jugo extrado de las caas mediante un mtodo de cristalizacin controlada por evaporacin en un ambiente de vaco. Inicialmente, el tacho se carga con un jarabe azucarado subsaturado llamado jarabe estndar Una vez cargada, el jarabe se calienta en condiciones de vaco con objeto de rebajar el punto de ebullicin y as evitar la descomposicin trmica de la sacarosa (proceso conocido como caramelizacion). Cuando se alcanza la condicin de sobresaturacin en el jugo, se siembran pequeos cristales de azcar y se les hace crecer aadiendo nuevo jarabe y manteniendo condiciones de sobresaturacin. Cuando se ha alcanzado el nivel mximo en el tacho, se descarga y limpia, quedando lista para un nuevo ciclo. Para calentar el jugo y provocar la evaporacin de parte del agua, los tachos constan de un elemento calefactor, denominado calandria, por el que discurre vapor a una presin superior a la atmosfrica y que al condensarse cede calor a la masa cocida en el tacho. Este vapor se suministra a los tachos a travs de las tuberas de suministro de vapor, que forman un circuito cerrado que recorre toda la planta industrial. Para mantener el vaco parcial (0,2-0,3 bares) en el tacho, necesario para la evaporacin de agua a baja temperatura (65-70C) se conecta el tacho a un condensador baromtrico, el cual mantiene un determinado vaco al absorber el vapor procedente de los tachos y condensarlo mediante refrigeracin producida por tuberas de agua fra procedente del exterior. Debido a esto ltimo, el vaco producido en los condensadores depende de la temperatura exterior, trabajando mejor en invierno. Una vez terminado el proceso de cristalizacin de la sacarosa en la tacha, la masa cocida que se obtiene se descarga en unos depsitos llamados malaxadores horizontales, donde se la mantiene en movimiento y a una temperatura determinada, para que mantenga su consistencia, hasta que pueda pasar a alguna de las centrfugas En las centrfugas se realiza la separacin del azcar cristalizado de la miel madre mediante el centrifugado a alta velocidad del conjunto, quedando los cristales retenidos por una malla. El proceso dura unos pocos minutos. La miel madre se separa en miel pobre y rica que se distribuyen segn las necesidades de la planta.CRECIMIENTO DE CRISTALES Los cristales de sacarosa no sufren aporte por el caudal de entrada. Se pueden distinguir tres situaciones: 1. Un perodo inicial, hasta que se produce la siembra, donde el nmero de cristales de sacarosa es despreciable y su nica generacin es la nucleacin espontnea (casi nula debido a las condiciones de subsaturacin existentes). 2. El perodo de siembra, de corta duracin, con un aporte constante de cristales de sacarosa. 3. Tras la siembra, se produce un progresivo aumento del tamao de los cristales a costa de la sacarosa cristalizada.La variacin de la masa de un cristal es funcin de: La temperatura La sobresaturacin La agitacin del medio La presencia de impurezas Dependencia con la temperaturaPara incorporarse a la superficie del cristal, las molculas de sacarosa deben superar una barrera de energa debida a la necesidad de romper los enlaces de la celda cristalina. Dependencia de la sobresaturacinLa cristalizacin es la transferencia de sacarosa desde la fase lquida a la fase slida. El crecimiento de los cristales es un proceso difusional modificado por el efecto de las superficies slidas sobre las que tiene lugar el crecimiento. Las molculas o iones del soluto alcanzan las caras en crecimiento de un cristal por difusin a travs de la fase lquida. A esta etapa se la aplica el habitual coeficiente de transferencia de materia. Una vez que las molculas o iones llegan a la superficie tienen que ser aceptadas por el cristal y organizarse dentro de la red. La reaccin ocurre en la superficie con una velocidad finita y el proceso global consta de dos etapas en serie. Ninguna de las dos etapas, la difusional y la interfacial, tiene lugar si la disolucin no est sobresaturada. Ambos procesos contribuyen a determinar la velocidad de crecimiento del cristal, pero mientras que la resistencia al transporte molecular predomina a sobresaturacionesnormales y temperaturas elevadas (mayores de 50C), la resistencia a la incorporacin molecular tiene influencia a temperaturas y sobresaturaciones bajas. Dependencia de la agitacin del medio.La agitacin del medio reduce la energa necesaria para la incorporacin de las molculas de cristal, adems de disminuir la resistencia al transporte, por lo que acelera la velocidad de crecimiento de los cristales. Dependencia de la presencia de impurezasLas impurezas tienen efectos muy diversos sobre el crecimiento de los cristales. En pequeas cantidades favorecen la cristalizacin, al actuar como ncleos de formacin de cristales, y crear defectos superficiales que impulsan el crecimiento de las caras de los cristales. En cantidades apreciables, sin embargo, ejercen en general un efecto inhibitorio.NUCLEACION:Los fenmenos cinticos que influyen directamente en la distribucin de tamao de cristal de sacarosa son la nucleacin y el crecimiento, aunque la rotura y aglomeracin de los cristales pueden tener gran importancia en algunos sistemas (Rawlings et al., 1993).La fuerza impulsora para que la nucleacin y crecimiento tengan lugar, es la sobresaturacin de la meladura. Esta vara dependiendo de las diferentes zonas que pueden ocurrir durante el enfriamiento de una solucin y permite que la nucleacin y el crecimiento existan simultneamente y compitan por el soluto disponible. En la Figura 1 se ilustran algunos tipos de procesos de nucleacin y las diferentes zonas de sobresaturacin. La zona inestable corresponde a la zona donde ocurre la nucleacin espontnea homognea o heterognea de una fase slida. La zona metaestable corresponde a la zona en la cual la nucleacin homognea y heterognea no ocurrir inmediatamente, pero s el crecimiento de cristales de sacarosa y la zona insaturada corresponde a la regin en donde no hay formacin ni crecimiento de cristales.

La velocidad de nucleacin, la cual aparece como una condicin frontera en L = 0 para el balance de poblacin, es generalmente el factor dominante que influye en la distribucin de tamao de cristal de sacarosa. La nucleacin es tambin el proceso menos entendido de los dos procesos involucrados en la cristalizacin de azcar y el ms difcil para ser descrito por expresiones cinticas (Botsaris, 1980). Los procesos cinticos de nucleacin requieren de la sobresaturacin para que los ncleos sean formados y despus crezcan. El sistema intenta alcanzar el equilibrio termodinmico a travs de la nucleacin y el crecimiento del ncleo del cristal de sacarosa.Si una solucin no contiene partculas slidas extraas ni cristales de su propio tipo, el ncleo puede ser formado solo por nucleacin homognea. Si algunas partculas extraas estn presentes, la nucleacin se facilita y el proceso es conocido como nucleacin heterognea. Ambas nucleaciones, la homognea y la heterognea, toman lugar en ausencia de cristales de la propia solucin y son colectivamente conocidas como nucleacin primaria. Esto ocurre cuando la sobresaturacin metaestable Cmet es obtenida en el sistema. En la cristalizacin comercial de la sacarosa en el tacho o cristalizador, se ha observado continuamente que la nucleacin ocurre hasta en niveles muy bajos de sobresaturacin C