IMPLEMENTACIÓN DE CONTROL EN EL PROCESO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCIÓN DE AZUCAR A PARTIR DE LA CAÑA

IMPLEMENTACIÓN DE CONTROL EN EL  PROCESO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCIÓN DE AZUCAR A PARTIR DE LA CAÑA

Bravo S; C. D. Camacho P; R. A. Gelvez C; J. E

Control de procesos

Ingeniería química

Facultad de Ingenierías y Arquitectura.  

Ciudadela Universitaria. Pamplona, Norte de Santander, Colombia.

www.unipamplona.edu.co

E-mail: (kriztian_1995@hotmail.com, ricape1794@gmail.com, jhon.93.nacional@hotmal.com)

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Abstract: This report makes clear the sugar production process, emphasizing all unit operations and possible improvements in automation needed to improve the performance of your production. This requires controlling major variables such as temperature, concentration and flow present in the different stages such as clarification, evaporation and crystallization.

Keywords: Sugar, clarification, evaporation, crystallization.

Resumen: El presente informe pone en manifiesto el proceso de obtención de azúcar, haciendo énfasis en todas las operaciones unitarias y las posibles mejoras en su  automatización necesarias para mejorar el rendimiento de su producción. Para ello es necesario controlar las variables principales como lo son temperatura, concentración y flujos presentes en las diferentes etapas tales como la clarificación, evaporación y cristalización.

Palabras clave: Azúcar, clarificación, Evaporación, Cristalización.

INTRODUCION

El desarrollo de los métodos de control basados en variables de estado, es un tema bastante conocido dentro del campo de la ingeniería de control.

Se denomina azúcar, en el uso más extendido de la palabra, a la sacarosa, cuya fórmula química es C12H22O11, también llamada “azúcar común” o “azúcar de mesa”. La sacarosa es un disacárido formado por una molécula de glucosa y una de fructosa, que se obtiene principalmente de la caña de azúcar o de la remolacha. El 27 % de la producción total mundial se realiza a partir de la remolacha y el 73 % a partir de la caña de azúcar.

Funde a los 160 ºC y calentada a 210 ºC se transforma en una masa de color pardo denominada caramelo, utilizada en la elaboración de dulces y pasteles, así como para la saporización y coloración de líquidos. El azúcar es una importante fuente de calorías en la dieta alimenticia moderna, pero es frecuentemente asociada a calorías vacías, debido a la completa ausencia de vitaminas y minerales.

Para su producción se pasa por diferentes etapas entre las que están: Cosecha, almacenaje, picado de la caña, Molienda,  clarificación y refinación. Evaporación, cristalización, centrifugado, secado y enfriado, envasado.

DESCRPCION DEL PROCESO

El proceso industrial para la fabricación de azúcar implica la aplicación de varios procesos para convertir el jugo de caña en cristales y depurarlos de manera natural de impurezas que pudieran resultar dañinas para el organismo.

Entrada

Inicia con el peso en básculas de las unidades que transportan la caña de azúcar en el ingenio y que se encuentran al ingreso del área industrial.

La caña que llega a la fábrica se descarga sobre las mesas de alimentación por medio de viradores de caña con capacidad de 50 TM. Para tener un proceso más limpio, en las mesas de caña se aplica agua entre 110 y 120 °F para lavado, eliminando así sólidos o materia extraña como la tierra, sales, minerales, piedras y otros que se adhieren a ella en el campo durante el alce a las jaulas que la transportan hacia la fábrica.

Luego la caña se somete a un proceso de preparación que consiste en romper y desfibrar las celdas de los tallos por medio de troceadoras, picadoras oscilantes y desfibradoras, para poder pasar al proceso de extracción del jugo.

Molienda

Este es un proceso continuo que actualmente se realiza en tres tándemes de molinos con capacidad de molienda diaria total de 32.200 TM, distribuido en tándem “A” (9,000 TM); tándem “B” (11,040 TM) y tándem “C” (11,960 TM).

Hacia estos tándems se alimenta con caña preparada, la cual es sometida a una serie de extracciones utilizando molinos de rodillo o mazas y todos los molinos son de cuatro masas rayados en forma de “V”. Para hacer más eficiente el proceso de molienda, los jugos pobres de los molinos posteriores se aplican nuevamente en el proceso (proceso de maceración) y en el último molino se aplica agua caliente con temperatura entre 155-179 °F para aumentar la extracción.

El bagazo es un subproducto industrial que se transporta hacia el sistema de calderas para usarlo en calidad de biomasas como combustible. El sobrante tiene como destino la hidrolización y reserva para cubrir paros de emergencia.

Clarificación

El jugo proveniente de los molinos pasa por calentadores, que llegan a temperaturas entre 62 y 69 °C. Luego pasa por la torre de sulfatación (Fig. 1), bajando el PH para producir azúcar blanco únicamente.

En esta etapa se utiliza azufre como agente decolorante; luego mediante la edición de la bachada de cal entre 6 y 10 baume se neutraliza el jugo. El calentamiento del jugo se realiza en tres etapas; la primera por vapor vegetal de 5.0 psi alcanzando temperaturas entre 175 y 185 °F; la segunda por vapor de 5.0 psi alcanzando temperaturas entre 205 y 215 °F y la última con vapor de 10 psi para rectificación del jugo en forma automática.

Con el proceso anterior se logra que el jugo, al ser liberado a presión atmosférica, sufra una pequeña evaporación en el tanque flash evitando que los flóculos floten o decanten con lentitud por la presencia de burbujas atrapadas en el interior.

El siguiente paso es alimentar el jugo a los clarificadores (Fig. 2) a baja velocidad para permitir la concentración de lodos y que pueden ser extraídos por gravedad en un clarificador SRI y con bombas en los Rapi Door 444. En la etapa final de este proceso se utilizan coladores vibratorios con malla 110 mesh para la eliminación de bagacillo y evitar que llegue al producto final.

Los filtros de cabeza son parte indispensable del proceso, pues sin ellos, la pérdida de sacarosa en la cachaza seria significativa.

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Figura 1. Diagrama de proceso de sulfatación

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Figura 2. Diagrama de proceso de clarificación

Evaporación

La operación del sistema de evaporación en la planta es de doble efecto (Fig. 3), tanto para la línea de blanco como para la línea de crudo. La operación es relativamente sencilla debido a que se fijan las condiciones de entrada, salida, nivel de cada evaporador y extracción de vapores vegetales hacia el exterior.

La evaporación se realiza en evaporadores tipo Roberts en los cuales el vapor y el jugo se encuentran en cámaras 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 través de la estabilización de cinco factores muy importantes:

• La concentración del producto final

• La presión absoluta en el último cuerpo

• La alimentación de vapor y jugo al primer evaporador

• Remoción de condensados y gases inconfesables

• El control de incrustación en cada evaporador.

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Figura 3. Diagrama de proceso de evaporación

Cristalización

La cristalización o crecimiento de la sacarosa que contiene el jarabe se lleva a cabo en tachos al vacío (Fig. 4). Estos cocimientos, según su pureza producirán azúcar crudo y azúcar blanco. Este es un proceso demorado que industrialmente se acelera introduciendo al tacho unos granos microscópicos de azúcar, denominados semillas. La experiencia del operativo debe juzgar el punto exacto del cocimiento, para la obtención de un buen producto.

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Figura 4. Diagrama de proceso de cristalización

Separación

Los cristales del azúcar se separan de la miel restante en la centrifugas, equipos cilíndricos que giran a gran velocidad. La miel pasa a través de las telas, los cristales quedan atrapados dentro de las centrifugas y luego se lavan con agua. Las mieles vuelven a los tachos o bien se utilizan como materia prima para la producción de alcohol en las destilerías. El azúcar pasa al proceso de secado y enfriado.

Refinación

En el caso de la producción de azúcar blanca refinada, existe un proceso adicional, que utiliza como materia prima azúcar blanco estándar o azúcar crudo.

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