Obtención del azúcar
Los principales insumos utilizados en la producción de azúcar son:
Floculantes
Cal
Decolorantes
Azufre
Ácido fosfórico
Tensoactivos
Soda cáustica
Industrialmente solo se utilizan como materias primas para la sacarosa, la caña de azúcar (Saccharum officinarum) y la raíz de la remolacha (Beta vulgaris). [9] A continuación se presenta el proceso de obtención de azúcar para cada una de las fuentes mencionadas.
Azúcar de Caña:
El azucar de caña es el nombre que se le da a la sacarosa , un disacarido producido a partir de la planta de caña de azúcar (Saccharum Officnarum L) que pertenece a las plantas herbáceas de la familia de las gramíceas, es un pasto tropical, alcanza gran altura, de 3 a 5 o incluso 7 m y tiene un tallo grueso (2 a 3 cm) en donde el azucar se almacena en solucion (en el jugo).
El azúcar de caña se cultiva plantando tallos que se llaman semillas de caña o plántulas. El tiempo de desarrollo es de aproximadamente un año, aunque en algunas áreas crece en dos o más años. La caña de azúcar produce el rendimiento más alto de todos los cultivos en tanto de biomasa como de producto útil por unidad de área de tierra.
La Obtencion de Azúcar Crudo:
La caña de azúcar no puede almacenarse más de unas cuantas horas despues cortada por lo cual los ingenio azucareros se localizan en los campos de caña. La caña se lava y se rompe en trozos. El jugo se extrae por molienda, en la cual la caña se prensa entre pesados rodillos, o por difusión, en la cual la caña se lixivia con agua [8].
Figura 1: Descargue,Lavado y Molienda de la Caña
La evaporación se lleva a cabo hasta un Brix final de aproximadamente 65 a 68. El jugo, despues de la evaporación, se llama jarabe y es casi negro y un poco turbio.
Cristalización: La cristalizacion del jarabe concentrado es por lo comun un proceso intermitente. Depúes de la siembra, se equilibran la evaporacion y la alimentación del jarabe para obtener la mayor velocidad posible en el creciemiento de los cristales
Figura 4: Diferentes tipos de cristalizadores al vacío [3]
La molienda alcanza una extraccion de aproximadamente el 95% de la sacarosa en la caña, en el proceso de difusión que se explica con más detalle en la obteción del azúcar de la remolacha alcanza una extraccion de cerca del 97% .
Clarificación: La primera etapa del proceso es agregar cal, la cual aumenta el pH, detiene la inversion y ayuda a sedimentar la materia suspendida
Figura 2: Clarificación con Óxido de Calcio [1]
Aunque la clarificación elimina la mayor parte de los lodos, el jugo resultante no necesariamente es claro. Los procesos suplementarios complementan la clarificación.
Filtración: Proceso en el que se separa el jugo de la cachaza contenida en el lodo gracias a la acción de filtros rotatorios de vacío. Estos filtros retienen la cachaza y dejan pasar el jugo filtrado. El lodo es mezclado con bagacillo antes de la filtración
Evaporación: El jugo de caña clarificado es de solo 15 º Brix y debe eliminarse una gran cantidad de agua. Se utilizan evaporadores de efecto múltiple; aproximadamente 3 ó 4, en serie, en donde el primero trabaja a presión atmosférica y los efectos subsecuentes son a un vacío cada vez mayor.
Figura 3: Evaporación del Jugo de Caña [2]
La cristalización se hace al vacío para que el agua hierva aproximadamente a 65 ºC y asi deeminuir la destrucción termica de la sacarosa.Los equipos de la estación de cristalización con vacío tiene una abertura de descarga muy amplia, casi siempre de 1 m de diametro. Al final de una linea, la masa cocida contiene más cristales que jarabe y es muy viscosa.
Centrifugación: Proceso a traves del cual los cristales de sacarosa contenidos en las masa resultantes de la cristalizacion son separados de la miel o el licor madre.
Figura 5: Centrifugas Intermitentes [4]
En las centrifugas tipo intermitente se aplica una fuerza centrifuga aproximada de 1000 G. El arranque y la parada intermitentes de la centrifuga consumen una gran cantidad de energía.
Secado: Proceso que se efectúa con aire caliente para retirar la mayor cantidad de humedad posible del azúcar.
Figuras 6: Secadores Industriales [5]
El azúcar crudo se puede almacenar durante varios años, la mayoria de los ingenios azucareros producen azúcar para consumo directo (blanca) mediante clarificación suplementaria del juego de caña o filtrandolo para decolorar posteriormente. De estos jarabes mejorados obtener azucar para consumo directo.
Azúcar de Remolacha:
La remolacha azucarera es una planta bienal muy resistente al frio que puede crecer en climas templados.La remolacha es un cultivo excelente para introducir en un sistema de rotación ya que tiende a mejorar el suelo, tiene una raiz profunda y extrae el alimento desde una profundidad considerable poniendolo a disposicion de los cultivos de raiz corta [8].
Fabricación:
En paises con estaciones la fabricacion del azucar de remolacha se restringe principalmente a la temporada de de cosecha . En la mayoria de las áreas de Estados Unidos y Canada la cosecha dura desde principios de octubre hasta fines de noviembre. Se acostumbra construir depositos para remolachas y continuar las operaciones en la fabrica hasta por dos meses más.
Obtención del azúcar de remolacha:
Proceso de difusión: El azúcar en la remolacha se encuentra dentro de las celulas del parénquima. Al calentarse a 70 a 80 ºC, se produce la difusión de las moleculas disueltas de sacarosa.
En la fabrica, la remolacha se rebana en tiras largas y delgadas con corte transversal en V o cuadrado (virutas). La sacarosa se extrae de las virutas pasandolas a traves de un difusor con agua caliente a contracorriente para lixiviar.
El disfusor inclinado es una garganta en pendiente y cubierta, que tiene 4 a 7.3 m de ancho y 15.8 a 19 m de largo aproximadamente dependiendo de la capacidad y un difusor de torre consiste en un toque vertical con una flecha giratoria central, vertical, equipada con brazos transportados que mueven las virutas hacia arriba contra un flujo descendente de jugo.
El jugo que sale del difusor se tamiza y contiene aproximadamente 14.5% de peso de sólidos totales que, con un contenido de sacarosa de 12% de peso, tiene una pureza aproximada de 83% de peso.
Purificación con cal y dióxido de carbono. El tratamiento con cal produce precipitados y productos solubles, al pasar dioxido de carbono a través de la mezcla tratada con cal se precipita el carbonato de calcio, el cual adsorbe los materiales distintos a la sacarosa.
Evaporación: El jugo que queda del proceso de depuración se llama jugo claro, en la evaporación es donde el agua liquida de este se pasa a fase vapor mediante en una serie de seis evaporadores o seis efectos.
El jugo final se calienta gradualmente utilizando porciones de los vapores del ultimo efecto para empezar y terminando con vapores del primer efecto,este proceso incrmenta el contenido de solidos desde un 16% a un 65% y por ultimo el liquido remanente se comoce como "liquido espeso" que luego pasa al proceso de cristalización.
Cristalización: El jugo espeso se coloca en los moldes que se encuentran a una presión de vacio para reducir el punto de ebullición,una solución que esta apunto de cristalizar se conoce sobresaturada, el jugo se siembra con pequeños cristales de azucar que proporciana el nucleo para el creciemiento de grandes cristales hasta un tamaño adecuado punto el cual el proceso se detiene.
La mezcla resultante de cristales y el jarabe, es conocida como "masa cocida", la cual se va centrifugar para separar los cristales de azúcar de las aguas madre, una vez separados los cristales, el jugo restante se devuelve al proceso de refinación.
Los cristales de azúcar se lavan, se secan y se enfrian para último ser trasportados a silos de almacenamiento
Figura 7: Cultivo de Remolacha Azucarera [6]
Figura 8: Alimentación y Difusores Industriales [6]
Figura 9: Serie de evaporadores o efectos [7]
Figura 10: Cristalización y Cristalizador Industrial [7]
Referencias:
[1]«Ingenio Providencia,» 2016. [En línea]. Available: http://www.ingprovidencia.com/procesos/71. [Último acceso: 26 03 2016].
[2]«Colegio Secundario Informatico Blaise Pascal,» [En línea]. Available: http://www.oni.escuelas.edu.ar/2007/JUJUY/1243/azucar.html. [Último acceso: 26 03 2016].
[3]«Nuevas Tecnologías S.A,» [En línea]. Available: http://www.nvtecnologias.com/Downloads/Articulos/Cristalizacion_del_azuca_art.pdf. [Último acceso: 26 03 2016].
[4]«TEMA Maquinaría S.A,» 2014. [En línea]. Available: http://www.temamaquinaria.es/trisa_centrifugas_azucar.shtml. [Último acceso: 26 03 2016].
[5]«BMA: Servicios de ingeniería << Made in Germany>>,» 2016. [En línea]. Available: https://www.bma-worldwide.com/es/secado-del-azucar/instalaciones-de-secado-y-de-enfriamiento-de-azucar/. [Último acceso: 26 03 2016].
[6]«Sucrose,» [En línea]. Available: http://www.sucrose.com/lbeet.html#lb1. [Último acceso: 26 03 2016].
[7]«British Sugar,» 2010. [En línea]. Available: http://www.britishsugar.co.uk/Files/Education-Resources/Inside-a-Sugar-Factory/inside_a_sugar_factory.aspx.. [Último acceso: 26 03 2016].
[8] G. G. 1. Hawley, «Enciclopedia de quimica,» de The encyclopedia of chemistry, Barcelona, Ediciones Omega, 1961, pp. 231-235.
[9] A. Vian, Introducción a la química industrial, Barcelona, España, Editorial Reverté S.A., 1994, pp. 474-475.