h
J
NOMBRES:
MERCEDiiS TEñPSA
BOCHM
SANCHEZ.
JORGE MARTINEZ W I N G .
MATRICULAS:
76333714 11326831<ARRfiRA:
INGENLERIA
BIOQUIMICA
INDUSTRIAL.
(SIN AREA DE CONCBNTRACION)
TRIMESTRE:
TERMINADA LA CARRERA.
12ivo.H O W
SEMANA:
25LUGAR:
LABORATORIO DE FERMENTACIONES (S-154).
EN EL EDIFICIO
S
DE LA
UNIVERSIDAD AUTONOMA WHTROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA EN COOR-
DINACION CON
EL INSTITUTO TBCNOLOGICO AGROPBCUARIO
#9,
XOXO-COTLA. EDO. DE MORBLOS.
FBCHA DE INICIO:
18DE BWEROMDE 1982.
/FECHA
DE
IaRMINACI6N:
23DE SBPTIEWBRB
DE
1 9 3JTUTOR:
ING. OSCAR
MONROY HBRMOSILLO.
WESTO:
PROFESOR DE TIEMPO COMPLETO DE LA U.A.M.I.
/TITULO:
"DETERMINACION DE
LAS
CONDICIONES DE OPERACION DEL
REACTOR---EVAPORADOR QUE
FORMAPARTE DE UN TRAPICHE INTBGRAL PARA LA
- -
PRODUCCION
Dñ
MIELES INVERTIDAS..
&m
s.
..
....
...
I _
r
....
L.
... "
,-- b
....
.... r .,. _
I- .- L..-
Paga
INTRODUCCION...
1
ANTEIlBDENTES.
...
2OBJETIVO...
...
5
PROPIEDADES DE LOS AZUCARES LIQUIDOS INVERTIDOS... 6
CONCLUSIONES T E O R I C A S . . .
...
20PARTE EXPERIMENTAL MATERIAL...
...
21
METODOS PARA DETERMINAR
LA
CINETICA DE LA REACCION... 22CALCULOS.
...
25
RESULTADOS...
...
26ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS...
...
30CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONBS
...
37
RESUMEN,.
...
38BIBLIOGRAFIA...
...
4 0 APENDICE I . . ....
41
APENDICE 1I.S.
...
45
APENDICE
III...
...
47
.
I..-
..
....
.
..
-
.._
.
~- c- L,.. 1
.-. . p-l I _ .-. C~
,--
c r .b . .
r h . c . c , c . L P h .
-.
...-.
-.. r. -INDICE DE FIGURAS.
Fig.
1.DIAGRAMA D E BLOQUES DEL PROCESO D E FABRICACION DE
MIELES INVERTIDAS
...
Fig.
2.REACCION DE INVERSION DE LA SACAROSA DESARROLLADA..
Fig.
3.EFECTO DE LA CONCENTRACION DEL ACID0 EN LA VELOCI
-DAD DE INVERSION
...
Fig.
4.
EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA INVERSION..
...
Fig. 5. EFECTO DE TEMPERATURA Vs ph EN LA VELOCIDAD DE IN--
VERSION...
...
Fig.
6 .SOLUBILIDAD DE AZUCAR INVERTIDO PURO
YMEZCLAS DE
-
ELLOS...
...
Fig.
7 .EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA DENSIDAD DE AZUCA
-
RES LIQUIDOS INVERTIDOS..
...
Fig.
8 .AUMENTO
DE
COLOR EN UN LICOR INVERTIDO
9 3 %DEBIDO
-AL pH
...
Fig.
9 .EFECTO DE LA CONCENTRACION EN LA VISCOSIDAD, PARA
-
VARIAS PROPORCIONES
DE
INVERSION
A
ZOOC
...
Fig. 10.DISERO DEL EXPERIMENTO..
...
Fig. 11.GRAFiCA DE INVERSION DE SACAROSA (APARICION DE AZU-
CARES REDUCTORES)
...
Fig. 12.GRAFICA PARA DETERMINAR LA CONSTANTE DE VELOCIDAD..
Fig. 13.GRAFICA D E LA ECUACION DE ARRHENIUS
...
Fig. 14.GRAFICA PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE RESIDENCIA DEL
JUGO D E CARA EN EL EVAPORADOR
...
- 1 -
INTRODUCCION.
La i n d u s t r i a a z u c a r e r a e s una de l a s más importantes y complejas
en n u e s t r o p a í s . Su importancia r a d i c a en que e s productora de un
alimento i n s u s t i t u i b l e que proporciona un a l t o p o r c e n t a j e de l o s h i - -
d r a t o s de carbono de l a d i e t a d e l mexicano, p o r o t r o l a d o , e s i n d i s - -
pensable como m a t e r i a prima p a r a l a s i n d u s t r i a s r e f r e s q u e r a y alimen-
t a r i a .
La i n d u s t r i a a z u c a r e r a , s i n embargo, no h a r e s u l t o i n t e g r a l y
- -
e f i c i e n t e m e n t e e l problema de a b a s t e c i m i e n t o de e d u l c o r a n t e s d e l p a í s
Sus problemas s o n d i v e r s o s , uno de e l l o s e s l a necesidad de P O - -
d e r incrementar e l aprovechamiento de l a s areas de c u l t i v o de caña de
a z ú c a r , que p o r d i v e r s a s razones son i n c o s t e a b l e s p a r a e l e s t a b l e c i -
-
miento de i n g e n i o s , así como e l aprovechamiento de las areas c a ñ e r a s -
q u e , aun estando d e n t r o d e l a r e a de i n f l u e n c i a d e l i n g e n i o , p r e s e n t a n
d i f i c u l t a d e s debidas a l t r a n s p o r t e o a l a f a l t a de coordinación e n t r e
campo y f á b r i c a .
Por e s t o no t o d a l a caña sembrada l l e g a a procesarse en los inge -
n i o s . La i n s t a l a c i ó n de t r a p i c h e s o moliendas en zonas c a ñ e r a s han-
venido a s o l u c i o n a r p a r c i a l m e n t e los problemas de é s t a i n d u s t r i a .
Los b e n e f i c i o s de l a implantación de e s t a s pequeñas agroindus---
t r i a s son: l a c r e a c i ó n de nuevas fuentes de t r a b a j o , en zonas i n c o s - -
t e a b l e s p a r a e l t r a n s p o r t e de caña ayudaría a r e d u c i r los tiempos per -
d i d o s , f a c i l i t a r í a l a e j e c u c i ó n de los programas de mejoramiento de -
l a productividad d e l campo y se p r o d r i a aprovechar l a caña que l o s i n -
genios no pueden p r o c e s a r .
Otro a s p e c t o importante e s que é s t a pequeña i n d u s t r i a a z u c a r e r a -
t e n d r í a l a capacidad de e l a b o r a r productos t a l e s como: p i l o n c i l l o c l a -
r o , j a r a b e s c l a r i f i c a d o s , m i e l e s i n v e r t i d a s , edulcorantes p a r a d e t e r -
minados r e f r e s c o s , j a l e a s p a r a l a conservación de f r u t a s , e t c ; produc
-
t o s que c o n t r i b u i r í a n a l a dj v e r s i f i c a c i ó n de l o s e d u l c o r a n t e s .
E n t r e o t r a s de l a s v e n t a j a s que t i e n e n l o s t r a p i c h e s s e cuentan-
las s i g u i e n t e s : son practicamente a u t o s u f i c i e n t e s ; los requerimemtos-
e n e r g é t i c o s son b a j o s , l a i n v e r s i ó n para montar un t r a p i c h e e s r e l a t i -
vamente b a j a , s e pueden i n s t a l a r en r e g i o n e s t r a d i c i o n a l m e n t e c a ñ e r a s
p e r o de d í f i c i l a c c e s o , t i e n e n a l t o poder de c a p t a c i ó n de f u e r z a de -
t r a b a j o a b a j o c o s t o , pueden aprovechar l a caña v i e j a para h a c e r mie-
l e s de a l i m e n t a c i ó n de ganado y t i e n e n gran v e r s a t i l i d a d en l a produs
c i ó n de d i f e r e n t e s t i p o s de e d u l c o r a n t e s . (2)
, ,, . ..
- 2
-._-
..._
ANTECEDENTES.
- Dada l a n e c e s i d a d de aprovechar todo e l p o t e n c i a l cañero en e l - p a í s , e l Ing. Enrique Galindo F e n t a n e s , b a j o e l asesoramiento d e l - -
Ing. Oscar Monroy H e r m o s i l l o , d e s a r r o l l ó un p r o c e s o p a r a l a e l a b o r a - c i ó n de m i e l e s i n v e r t i d a s .
Dicho p r o c e s o t i e n e como c a r a c t e r í s t i c a fundamental l a c l a r i f i - c a c i ó n á c i d a d e l j u g o de c a ñ a , usando l i g n i n a como agente c l a r i f i c a n -
t e .
E l p r o c e s o que s e encuentra esquematizado en l a f i g . 1 y que - -
c o n s i s t e e n : l a e x t r a c c i ó n d e l jugo de caña p o r medio de un molinq
-
a l j u g o f i l t r a d o s e l e añade l a l i g n i n a s o l u b i l i z a d a en una s o l u c i ó n d é b i l de s o s a , e inmediatamente después se l e agrega e l á c i d o que
- -
puede s e r s u l f ú r i c o , c l o r h í d r i c o , f o s f ó r i c o o combinaciones de e l l o s con e l o b j e t o de b a j a r e l pH y p o r l o t a n t o f l o c u l a r l a l i g n i n a que- h a s i d o agregada p a r a a r r a s t r a r l a mayoría de l o s s ó l i d o s suspendidos que e l jugo c o n t i e n e ; es conveniente a g r e g a r , en e s t e p a s o , un f l o c u -l a n t e s i n t é t i c o con e l f i n de a c e l e r a r l a v e l o c i d a d de sedimentación de l a s impurezas. Una vez hecha l a mezcla l o s r e a c t i v o s a n t e r i o r e s é s t a s e d e p o s i t a en un tanque sedimentador, con s a l i d a s a v a r i o s n i - v e l e s y fondo c ó n i c o p a r a c o n c e n t r a r l o s l o d o s , en e l tanque se d e j a
l a mezcla durante un determinado tiempo, con e l o b j e t o de p e r m i t i r -
l a s e d i m e n t a c i ó n ; después e l l í q u i d o c l a r o s e purga a l o s d i f e r e n t e s n i v e l e s y l o s l o d o s compactados s e e x t r a e n p o r medio de una v á l v u l a - s i t u a d a en e l fondo d e l tanque, e s t o s l o d o s , llamados "cachaza", pug den s e r pasados p o r f i l t r o s prensa p a r a r e c u p e r a r e l azúcar que toda
-
v í a contienen.
El j u g o s e t r a s l a d a a l evaporador p a r a s u c a l e n t a m i e n t o , con l o
que e l proceso de h i d r ó l i s i s s e a c e l e r a . Una vez que s e ha o b t e n i - do e l n i v e l deseado de i n v e r s i ó n , e l jugo c l a r o s e n e u t r a l i z a con s o -
s a d i l u i d a , con e l o b j e t o de e v i t a r l a producción de s u s t a n c i a s c o l o -
readas que s e forman p o r e l b a j o pH y l a a l t a temperatura, a s í como- p a r a t e n e r un producto f i n a l n e u t r o .
f l ó c u l o s de f o s f a t o de c a l c i o y o t r o s compuestos, que son eliminados f á c i l m e n t e por d e c a n t a c i ó n prolongada en l o s tanques de almacenamien -
t o de producto. E l jugo f i l t r a d o y n e u t r o s e s i g u e evaporando h a s - t a l l e g a r a una c o n c e n t r a c i ó n de aproximadamente 85'Bx.
A l r e a l i z a r l a n e u t r a l i z a c i ó n en c a l i e n t e , s e producen nuevos - I
. -
.
-_-
- I- 5 -
w
n
* .
.. .
,.. .
I
-,.
. ..
- . .
-.
....
E l j a r a b e obtenido se almacena en tanques de fondo c ó n i c o para-
e f e c t u a r l a d e c a n t a c i ó n p o r e s p a c i o de 2 4 Ó 4 8 horas y posteriormen-
t e s a l i r a l a venta.
El p r o c e s o que s e ha d e s c r i t o anteriormente p o s e e , e n t r e o t r a s ,
las s i g u i e n t e s c u a l i d a d e s :
a) E l a b o r a m i e l e s i n v e r t i d a s , s i n necesidad de p a s a r por l a e t a
-
pa de c r i s t a l i z a c i ó n .
b) Emplea un método de c l a r i f i c a c i ó n que d e j a e l j u g o c l a r i f i c a
-
do á c i d o , con e l o b j e t o de f a c i l i t a r l a i n v e r s i ó n en e l s i g u i e n t e pa
-
c) E l á c i d o t i e n e un doble u s o ; en l a c l a r i f i c a c i ó n y en l a h i -
d) R e a l i z a e n un mismo paso l a i n v e r s i ó n y l a evaporación.
so.
d r ó l i s i s .
Ref. (1)
A manera de comparación en e l Apendice I s e mencionan algunos -
. I
--
s
- 'OBJETIVO.
Debido a que l a i n s t a l a c i ó n de t r a p i c h e s o moliendas en zonas-
cañeras e s una solución
al
problema de l a i n d u s t r i a a z u c a r e r a en- -
n u e s t r o p a í s , y y a que uno de l o s a s p e c t o s más importantes de e s t a -
pequeña i n d u s t r i a e s l a capacidad de e l a b o r a r productos
a
b a j o c o s -t o y en l u g a r e s de d i f i c i l a c c e s o t a l e s como: p i l o n c i l l o c l a r o , j a -
r a b e s , m i e l e s ricas i n v e r t i d a s , e t c .
-
Nuestro p r o p ó s i t o c o n s i s t e en determinar las condiciones de
- -
operación ( temperatura, tiempo de r e s i d e n c i a ) d e l r e a c t o r evapora
-
dor que forma p a r t e d e l t r a p i c h e i n t e g r a l para l a producción en e s -
t e c a s o de miel i n v e r t i d a , e l c u a l s e encuentra s i t u a d o en e l I n s t i
-
PROPIEDADES DE LOS AZUCARES L:íQUIDOS INVERTIDOS.
La sacarosa t i e n e l a fórmula general C
H
O
e s un d i s a c á r i d oque consta de dos compuestos monosacáridos; l a D-glucosa y l a D-fruc-
t o s a , con un peso m o l e c u l a r de 342.3. Los componentes monosacáridos
s e condensan en grupos g l i c o s í d i c o s . E s t o s grupos en que l o s monos%
c á r i d o s l i b r e s muestran un e q u i l i b r i o de c o n f i g u r a c i o n e s o( y
@
,
s e -f i j a n en l a molécula de l a s a c a r o s a en una c o n f i g u r a c i ó n
*
d e l compo-nente de f r u c t o s a .
Mientras que e l componente de g l u c o s a e s t á l i g a d o
a
s u forma p i -r a n o s í d i c a normal l o s componentes de f r u c t o s a muestran en l a molécula
de s a c a r o s a una forma anormal, f u r a n o s í d i c a , que no s e observa en l a - f r u c t o s a l i b r e .
De acuerdo a e s t a s - c i r c u n s t a n c i a s e l nombre químico de l a sacar0
-
sa e s 4 - D - g l u c o p i r a n o s i l
@
- D - f r u c t o f u r a n o s i d o , s i e n d o su fórmula- -
e s t r u c t u r a l l a s i g u i e n t e :
12 22 11’
HO
i
La s a c a r o s a , a l i g u a l que o t r o s c a r b o h i d r a t o s , es producida
en
-
Ilas p l a n t a s p o r un p r o c e s o fotoquímico en e l que s e b i o s i n t e t i z a e l
-
b i ó x i d o de carbono d e l a i r e con e l agua absorbida por l a p l a n t a ; r e a c
-
c i ó n que se c a t a l i z a p o r medio de l a c l o r o f i l a y con l a e n e r g í a de l a
l u z para p r o d u c i r c a r b o h i d r a t o s y oxígeno l i b r e . La r e a c c i ó n g l o b a l
puede s e r r e p r e s e n t a d a de l a s i g u i e n t e manera:
- r C H O + 6 Q
6
CO
+ 6 H 2 0 + 675 Kal_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
2 6 12 6 2
c
- 7 -La s a c a r o s a e s muy e s t a b l e , ~- p e r o s u j e t a
a
descomposicióno
h i d r i jl i s i s cuando s e e n c u e n t r a en s o l u c i ó n y s u j e t a a c a l o r en p r e s e n c i a
-
de un á c i d o acuoso d i l u i d o , o por a c c i ó n de l a enzima i n v e r t a s a , o b t e
-
niendose cantidades i g u a l e s de! D(+) - g l u c o s a y D(-) - f r u c t o s a . E s t a -
h i d r ó l i s i s va acompañada p o r
un
cambio d e l s i g n o de r o t a c i ó n , de p o s i-
t i v o a n e g a t i v o ; p o r e s o , se llama i n v e r s i ó n de l a ( + ) - s a c a r o s a , y l a
mezcla l e v ó g i r a de l a D(+)-glucosa y D ( - ) - f r u c t o s a s e l e ha llamado
-
azúcar i n v e r t i d o .
Mientras que l a ( + ) - s a c a r o s a t i e n e una r o t a c i ó n e s p e c í f i c a de
- -
+ ~ ~ . S O Y l a D(+)-glucosa de + 5 2 . 7 ' , l a D ( - ) - f r u c t o s a t i e n e una r o t a - - -
c i ó n muy n e g a t i v a de -92.4O, l o que l e da un v a l o r negativo neto para
l a r o t a c i ó n e s p e c í f i c a de l a mezcla.
Debido a sus r o t a c i o n e s opuestas y a s u importancia como compo--
n e n t e de l a s a c a r o s a , a l a D(+)-glucosa y a l a D(-)-fructosp se l e s
-
llama comunmente d e x t r o s a y l e v u l o s a r e s p e c t i v a m e n t e , y a l proceso de
h i d r ó l i s i s s e l e denomina i n v e r s i o n .
La i n v e r s i ó n de l a s a c a r o s a puede s e r representada por l a s i - - - -
g u i e n t e ecuación: Refa ( 4 )
+
+ '6 H12°6
Levul os a
_ _ _ _ . -
B - - - +
C H 0+ H 2 0 6 1 2 6
Dex t
r
os ac 1 2H2201 1 S a c a r o s a
Azúcar i n v e r t i d o
La r e a c c i ó n completa e s t á esquematizada en l a f i g . 2
Propiedades de l a s mieles i n v e r t i d a s .
1. - Velocidad de i n v e r s i ó n . La v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n de
s o l u c i ó n de s a c a r o s a va a depender de l a s s i g u i e n t e s v a r i h b l e s :
Del á c i d o empleado, d e l pH y de l a temperatura.
I
I
una
-
2 . - P o t e n c i a l de i n v e r s i ó n de los á c i d o s . Los ácidos v a r i a n en
s u h a b i l i d a d p a r a i n v e r t i r l a s a c a r o s a , dependiendo de s u grado de i o
n i z a c i ó n
.
Suponiendo un v a l o r de 100 (poder de i n v e r s i ó n ) p a r a e l HC1.
-
En l a t a b l a que a c o n t i n u a c i ó n se muestra, s e puede a p r e c i a r e l -
m
o x o x x
x X
ub
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A C I D 0 PODER DE INVERSION
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HBr
H C 1
HN
O
H 2 S 4 H3P04 T a r t á r i c o Citric0 L á c t i c o A c é t i c o
711.40 I00 .o0
100 .o0
54.00
6 . 5 0
3.00 1 . 8 0
1.10
0.50
R e f . (5)
I
La Concentración d e l á c i d o t i e n e un e f e c t o importante sobre l a
-
v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n , f i g . 3 .
En l a s e l e c c i ó n d e l á c i d o , l a compatibilidad d e l á c i d o con e l
- -
producto f i n a l deben c o n s i d e r a r s e .
Comercialmente, e l H C 1 e s e l más usado por s u gran poder de i n - -
v e r s i ó n y cuando es n e u t r a l i z a d o con NaOH nos da una mol de agua y
- -
una mol de NaC1, e s t a cantidad de sal l l e g a a s e r i n s i g n i f i c a n t e en
-
l a mayoría de las formulaciones.
Además l a i n v e r s i ó n con ]IC1 s e r e a l i z a r e l a t i v a m e n t e en poco
- - -
tiempo (1.5 h r ) , produciendo un jarabe con 69.8% de s ó l i d o s .
3 . - Temperatura. En p r á c t i c a s c o m e r c i a l e s , l a temperatura e n - -
t r e l o s 80 y 9 0 ° C y una c o n c e n t r a c i ó n de á c i d o c l o r h í d r i c o d e l 0.0088
por c i e n t o , son usadas ya que e s t o da una tasa rápida de i n v e r s i ó n .
I
¡
Ver f i g . 4 .
La temperatura y el pH son l o s parámetros que producen los e f e c -
t o s más pronunciados en l a i n v e r s i ó n de sacarosa. En l a f i g . 5 s e
-
t a se puede c o n c l u i r que l a v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n s e incrementa a l
-
aumentar la temperatura y b a j a r e l pH.
La s a c a r o s a también s e i n v i e r t e a b a j a s temperaturas cuando se
-
almacena d i l u i d a (por ejemplo: en r e f r e s c o s ) durante mucho tiempo.
4 . - S o l u b i l i d a d . La s o l u b i l i d a d d e l sistema s a c a r o s a - i n v e r t i d o
por a d i c i ó n de é s t e último no e s a f e c t a d a a l aumentar e l p o r c i e n t o -
d e l t o t a l de s ó l i d o s d i s u e l t o s s i n e l p e l i g r o de c r i s t a l i z a c i ó n de a l -
gún componente.
I
1
puede a p r e c i a r l a a c c i ó n combinada de l a temperatura versus *pH;de e s -
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F i g . 4
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EFECTO DE LA TEMPERATURA ENLA
INVERSION
DE AZUCAR LIQUIDA CON ACIDO CLORHIDRICO.F u e n t e : R e f . ( 3 )
5 1 0 15 2 0 25 3 0 35
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F i g . 8
.
AUMENTO DE COLOR EN U N LICOR INlhRTIDO 93% DEBIDO AL pH.,
Fuente: Ref.
I
16 O0
1400
1200
1000
8 O0
6 O0
400
2
oc
.
. .
I
Hay un punto en e l c u a l l a s o l u c i ó n
se
s a t u r a , i a t a b l a 1y
l a-
f i g . 6 muestran l a s máximos s o l u b f i i d a d e s de s a c a r o s a , i n v e r t i d o
y
- -
sus mezclas en agua
a
v a r i a s temperaturas. Las s o l u c i o n e s son e s t a -b l e s ( s i n c r i s t a l i z a c i ó n )
a
l a s temperaturas i n d i c a d a s , mientras noh a
ya evaporación.
5.
-
Densidad. La densidad de l o s azGcares l í q u i d o s i n v e r t i d o s -v a r i a con r e s p e c t o a l a temperatura; disminuyendo su densidad a l
- - - -
aumentar l a temperatura.
La f i g . 7 muestra d i c h a v a r i a c i ó n p a r a una s o l u c i ó n con 509 de
-
i n v e r t i d o y 76% de s ó l i d o s t o t a l e s . Es importante conocer l a s d e n s i
-
dades Óptimas que deben t e n e r l o s azúcares l l q u i d o s i n v e r t i d o s con e l
o b j e t o de e v i t a r p o s i b l e s c r i s t a l i z a c i o n e s debidas a almacenamientos-
prolongados, a g i t a c i ó n , o p r e s e n c i a de cristales que podrían s e r s i - -
miente para i n i c i a r l a c r i s t a l i z a c i ó n .
6 . - D e s a r r o l l o de c o l o r . Las s o l u c i o n e s de i n v e r t i d o s son
me--
nos e s t a b l e s en cuanto a c o l o r se r e f i e r e que l o s l í q u i d o s de s a c a r o -
s a , e s t o e s e v i d e n t e p o r e l d e s a r r o l l o de c o l o r .
En las f i g s . 7 y 8 se muestra e l e f e c t o d e l pH en e l d e s a r r o l l o -
d e l c o l o r , en l a s c u a l e s se a p r e c i a que e l aumento d e l c o l o r s e v u e l -
ve exponencial a p a r t i r de un determinado v a l o r de pH ( c e r c a n o a neu
-
t r a l i d a d ) , o de tiempo.
Cuando se i n v i e r t e n s o l u c i o n e s de s a c a r o s a , e l c o l o r de l a s o l u -
c i ó n aumenta debido a l a r e a c c i ó n de i n v e r s i ó n . S e ha mencionado
- -
que e l aumento de c o l o r de una s o l u c i ó n de azúcar de 65.5OBx, debido-
a
l a i n v e r s i ó n (pH=l, y HC1 p o r 4 8 h r ) , es d e l 1 8 % .s e somenten a calentamientos prolongados.
E s t u d i o s a l r e s p e c t o han demostrado que e l aumento d e l c o l o r em-
p i e z a a s e r apreciado visualmente a l a s 2 h r de c a l e n t a m i e n t o a 90
- -
93'C. Dicho aumento de c o l o r s e debe a l a descomposición de l o s azií
-
c a r e s en s u s t a n c i a s c o l o r e a d a s .En l a t a b l a que e s t á a c o n t i n u a c i ó n s e muestran l o s datos de azG-
c a r i n v e r t i d o , comparados con los de sacarosa. Se puede observar
- -
que t a n t o e l aumento de c o l o r como l a pérdida de azúcares por e l ca--
lentamiento prolongado, es mayor en l o s azúcares i n v e r t i d o s .
E l c o l o r de l a s s o l u c i o n e s de azGcar i n v e r t i d o aumentan cuando
-
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- .F i g . 9
.
EFECTO DE LA CONCENTRACION ENLA
VISCOSIDAD, PARA VARIAS PROPORCIO- II
I
I
NES DE INVERSION A 20OC.
F u e n t e : R e f . (3)
I
1 0
1
2
64
6 7 6% 69 7 0 71 72 73 74 75 76 77 7% 79% CORREGIDO
10,000
LICOR PE RD I DA AUMENTO DE COLOR
( % )
(%I-
Azúcar e s t a n d a r
(INVERTIDO) 1.48 210
Azúcar es tandar
( SACAR OS A) 0.54 155
Fuente: R e f . (6) . '
7 . - Viscosidad. La v i s c o s i d a d de los azúcares l í q u i d o s i n v e r t i -
dos e s una propiedad f í s i c a de suma importancia, t a n t o en s u manejo 7
como en l a s propiedades que puede e j e r c e r en
los
productos a los que-van a s e r agregados. La f i g . 9 muestra l a r e l a c i ó n que guarda l a
- -
v i s c o s i d a d con r e s p e c t o a l a concentración de s ó l i d o s para d i f e r e n t e s
n i v e l e s de i n v e r s i ó n . Se puede o b s e r v a r que p a r a c u a l q u i e r concen--
t r a c i ó n de s ó l i d o s dada, e n t r e mayor sea e l n i v e l de i n v e r s i ó n , l a
- -
v i s c o s i d a d será siempre menor.
Un análisis t í p i c o de l a s m i e l e s ricas i n v e r t i d a s s e muestra
a
-c o n t i n u a c i ó n ;
85'
27% 50% 2.25% 15.5%
BRIX _ _ _ r _ c _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . - - -
SACAROSA - - - r - - - . . - - - L -
AZUCARES REDUCTORES - - - - . . r - - -
CENIZAS _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L _ _ _ _ . . _ _ _ - - -
AGUA _ _ L _ _ _ r _ - _ _ _ _ _ L _ r _ _ . . _ - - -
r e a l
Fuente: R e f . (7)
Nota: Cabe h a c e r n o t a r que todas l a s g r á f i c a s a n t e r i o r e s e s t á n
-
zadas en b a s e a azúcar pura y a - n v e r t i d o s p u r o s ; l a p r e s e n c i a
-
de s a l e s o de o t r o s compuestos en s o l u c i ó n v a r i a r á l a s c o r r e l a c i o n e s -
o b t e n i d a s .
CONCLUSIONES TEORICAS. ~
! ~-
De acuerdo a l o anteriormente e x p u e s t o , l a i n v e r s i ó n de s a c a r o s a
s e l l e v a r á a cabo u t i l i z a n d o H C 1 , debido a s u a l t o poder de i o n i z a - - - i
!
c i o n , y a s u b a j o c o s t o . !
Con e l f i n de t e n e r productos con a l t o contenido de s ó l i d o s y
- -
iuna' s o l u b i l i d a d máxima, l a i n v e r s i ó n debe l l e v a r s e a n i v e l e s de apro-
ximadamente 5 0 % de azúcar i n v e r t i d o .
E l c a l e n t a m i e n t o de los productos i n v e r t i d o s no debe p r o l o n g a r s e
E l producto f i n a l debe t e n e r un pH cercano a l a n e u t r a l i d a d , p a -
Las m i e l e s se deben de l l e v a r a c o n c e n t r a c i o n e s de 70 a 8 5 % con-
p o r más de dos h o r a s p a r a e v i t a r aumentos de c o l o r .
r a que cuente con un c o l o r adecuado.
e l f i n de . e v i t a r contaminaciones microbianas.
Las m i e l e s i n v e r t i d a s no s e deben almacenar a temperaturas supe-
*
: : - 21 -PARTE EXPERIMENTAL.
MATERIAL.
SoluciGn de Acldo C l o r h f d r i c o a l
19%
S o l u c i ó n de Hidróxido de S o d i o , 0.1
N
y 1 . 0N
S o l u c i ó n de F e h l i n g
S o l u c i ó n de Glucosa a l 0 . 5 %
S o l u c i ó n de S a c a r o s a a l 13%
S o l u c i ó n acuosa de Azul de Metileno a l 1 %
H i e l o
E s t u f a s con a g i t a c i ó n magnética
Matraz E r l e n Meyer 1000 m l
Matraces E r l e n Meyer 250 m l
R e f r i g e r a n t e
Baño Maria
Bomba de vacio o trampa
Pot e n c i ómet
ro
TermÓmet ro
B u r e t a s , 50 y 2 5 m l
Probetas
Tubos de ensaye
Vasos de p r e c i p i t a d o s Agitadores magnet i c o s
Matraces a f o r a d o s
S o p o r t e s , p i n z a s , g r a d i l l a s
METODO PARA -~_._I..._..-.. DETERMINAR l.A LI\!"I 1I:A .... Ill; ! , A KF.ACCION. - -
. - . .
La v e l o c i d a d de l a r e a c c i ó n s e c a l c u l a midiendo e l v a l o r de
- - -
c u a l q u i e r propiedad adecuada que pueda r e l a c i o n a r s e con l a composi--
c i ó n d e l s i s t e m a como una f u n c i ó n d e l tiempo.
La propiedad e s c o g i d a en e s t e c a s o es l a c o n c e n t r a c i ó n de azGc5
r e s r e d u c t o r e s ( v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n de sacarosa) en función d e l
-
tiempo, u t i l i z a n d o e l método de F e h l i n g Causse Bonnans.
La i n v e r s i ó n s e l l e v ó a cabo a temperaturas de 5 5 , 6 5 , 7 5 y
- - -
85OC.
PREPARACION DE SOLUCIONES.
-
S o l u c i ó n de Glucosa a l 0 . 5 %Se pesan exactamente 0 . 5 gramos de glucosa (grado r e a c t i v o ) ,
- -
' Se d i s u e l
-
previamente s e c a d a en una e s t u f a
a
7 O o C , durante 30 min.ve en agua d e s t i l a d a y s e a f o r a a 100
ml.
-
R e a c t i v o de F e h l i n gT a r t r a t o de Na y K
...
130 gramos24 gramos
NaOH puro
...
110 gramosCuS04 . 5 H O
...
2
F e r r o c i a n u r o de p o t a s i o
...
16.8 gramosAgua d e s t i l a d a , c a n t i d a d n e c e s a r i a para 1000 m l de s o l u c i ó n .
Las s u s t a n c i a s deben mezclarse e n e l orden i n d i c a d o , previamen-
t e d i s u e l t a s p o r separado, por Gltimo se a f o r a a 1000 m l , agitando
-
p a r a homogenizar l a s o l u c i ó n .
-
S o l u c i ó n de S a c a r o s a a.1 13%Se pesan 130 gramos ( c a n t i d a d aproximada de l a s a c a r o s a en e l
-
jugo de caña), previamente secada en l a e s t u f a a 70DC durante 30 min.
Se d i l u y e y a f o r a con agua d e s t i l a d a a 1000 m l . Se c o l o c a en-
e l baño de agua h a s t a l l e g a r a l a temperatura deseada (55,65,75y8SD)
s e agregan 6 . 6 m l de una s o l u c i ó n de H C 1 a l 19% ( c o n c e n t r a c i ó n ó p t i -
ma p a r a l a inversión)
,
manteniendo c o n s t a n t e l a temperatura.Ver
-f i g . 10.
que se agregó e l á c i d o ( b l a n c o ) .
horas.
Se toma una muestra de 60 a 80 ml aproximadamente a l tiempo en-
Fig. 10. D I S E N O DEL EXPERIMENTO.
1
.-
2.
-
3 .-
4 . -
5.-
6 . -
7. -
8 . -
6
4
2
1
S o p o r t e Univers al
E s t u f a c o n a g i t a c i ó n
R e c i p i e n t e d e p l á s t i c o
R e s i s t e n c i a
A g i t a d o r m a g n é t i c o
T o m a d o r d e m u e s t r a s
R e f r i g e r a n t e
Las muestras a l
ser
tomadas setiknen
que e n f r i a r(en
htelo)
y -
n e u t r a l i z a r inmediatamente para d e t e n e r l a i n v e r s i ó n . Se n e u t r a l i -
za primero con NaOH 1 , 0
N
y luego NaOH 0.1 N , usando un potencióme--t r o .
Precauciones N e c e s a r i a s para una C o r r e c t a T i t u l a c i ó n .
a) Temperatura.- Debe r e a l i z a r s e
a
e b u l l i c i ó n suave y s i n que-
s e interrumpa h a s t a f i n a l i z a r l a t i t u l a c i ó n .
b) La t i t u l a c i ó n debe completarse aproximadamente en 2 a 3 min.
c) E l pH d e l r e a c t i v o de F e h l i n g debe ser a l c a l i n o , durante t o -
do e l proceso.
d) La c o n c e n t r a c i ó n de a z ú c a r e s r e d u c t o r e s , no debe s e r s u p e - - -
rior a l
lo%,
en c a s o c o n t r a r i o s e r á n e c e s a r i o d i l u i r convenientemen- t e a l l í q u i d o problema.e v i t a r l a p o s i b l e entrada de a i r e q u e p o d r í a r e o x i d a r a l Cu,O
s e forma.
1
e) La t i t u l a c i ó n debe realizarse en un matraz E r l e n Meyer p a r a
q u e
T i t u l a c i ó n d e l R e a c t i v o de FehlinK Causse Bonnans.
La t i t u l a c i ó n primero se r e a l i z a con l a s o l u c i ó n de g l u c o s a a l
0.5%, p a r a determinar e l f a c t o r de F e h l i n g , y despues con las mues--
tras tomadas de l a r e a c c i ó n de i n v e r s i ó n de sacarosa.
C o l o c a r en un E r l e n Meyer de 2 5 0 m l , 15 m l d e l r e a c t i v o de Feh-
l i n g exactamente medidos. Agregar
unos
50 m l de agua d e c t i 1 a d a ; s ea g i t a cuidadosamente.
C a l e n t a r e l matraz en l a e s t u f a . Cuando e l r e a c t i v o de F e h - - - -
l i n g comience a h e r v i r , a g r e g a r desde una b u r e t a l a s o l u c i ó n de g l u - -
c o s a
o
de s a c a r o s a i n v e r t i d a , a razón de unas 2 o 3 g o t a s por segun-do; cuidando que l a e b u l l i c i d n no se interrumpa durante l a t i t u l a - - -
c i ó n .
Cuando s e a c e r c a e l punto f i n a l , e l l í q u i d o va tomando una c o l o
r a c i ó n verdosa, se interrumpe brevemente e l agregado de a z ú c a r , y se
agregan a l matraz 2 gotas d e l azul de m e t i l e n o a l 12. Una vez que
s e ha d i s t r i b u i d o uniformemente e l i n d i c a d o r , s e continua l a a d i c i ó n
de a z ú c a r , ahora más lentamente (1 a 2 g o t a s p o r segundo), h a s t a l a
d e s a p a r i c i ó n completa d e l c o l o r a z u l .
CALCUL OS
.
F a c t o r d e l R e a c t i v o de F e h l i n g = m l gastados x 0 . 0 0 5
Sabemos que s i e l r e a c t i v o de F e h l i n g e s t á c o r r e c t o , 1 5 m l d e l
mismo s e r á n reducidos p o r 0.041 gramos de azúcar.
Como l a cantidad de Fehling es c o n s t a n t e en todas las determi-
naciones ( siempre s e usan 15 m l ) , l o s m i l i l i t r o s que se empleen
-
de l a muestra p a r a r e d u c i r a l F e h l i n g , corresponderán a 0.041 g r a - -
mos de azúcar r e d u c t o r .
E l r e s u l t a d o debe e x p r e s a r s e en gramos de azúcar p o r l i t r o de
muestra, en consecuencia l a r e l a c i ó n p a r a o b t e n e r l a fórmula f i n a l I
es l a s i g u i e n t e : I
1
(A) m l 0.041 gramos de azúcar
(A) = m l gastados de s o l u c i ó n problema.
Y en e l caso que s e p r a c t i q u e una d i l u c i ó n , l a fórmula e s :
Gramos de azúcar p o r l i t r o = 41/(A) x D
v! C c E- e: I-
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7
- 30 -
ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS.
s i
graficamos tiempo v e r s u s Concentración de azúcares reducto-r e s ( v e r f i g . l l ) , s e puede a p r e c i a r que l a c o n c e n t r a c i ó n de azúca-
r e s r e d u c t o r e s aumenta desde v a l o r i n i c i a l h a s t a l l e g a r a un
- - -
equi 1 i b r i o
.
La velocidad de e s t a r e a c c i ó n s e puede e x p r e s a r en términos de
l a rapidez de v a r i a c i ó n con e l tiempo, de l a c o n c e n t r a c i ó n de c u a l -
q u i e r a de las s u s t a n c i a s e n v u e l t a s . Puede s e r l a disminución de
-
s a c a r o s a con e l tiempo (-dS/dt) o como e l aumento de l a c o n c e n t r a - -
c i ó n de azúcares r e d u c t o r e s (dR/dt)
.
E s t a s e x p r e s i o n e s van
a
e s t a r r e l a c i o n a d a s e n t r e s i mediante-
l a e s t e q u i o m e t r l a de l a r e a c c i ó n .
Debido a e s t a r e l a c i ó n , no i n t e r e s a l a derivada que escojamos-
p a r a e x p r e s a r l a v e l o c i d a d ; c u a l q u i e r a de e l l a s e s s a t i s f a c t o r i a .
C6H1206
+
'gH1 2'6Dextrosa Levulosa
- - - -
-
- . - - - _ L - - -+ H 2 0
ZH22O1 1 H+
S a c a r o s a
Siguiendo l a e s t e q u i m e t r í a de l a r e a c c i ó n y suponiendo que l a -
r e a c c i ó n e s de primer orden con r e s p e c t o a l a s a c a r o s a y que l o s
- -
productos no e s t a n e n v u e l t o s en l a l e y de l a velocidad.
Entonces s i
S
e s l a c o n c e n t r a c i ó n de s a c a r o s a l a ecuación de-
l a velocidad e s :
-dS/dt = KS
S i reordenamos los términos tenemos:
-dS/S = Kdt
Integrando, obtenemos :
1nC = - K t + C
Donde C e s l a c o n s t a n t e de i n t e g r a c i ó n .
S i S = So cuando t = O , entonces lnSo = C y l a ecuación e s ,
después de combinar l o s términos l o g a r l t m i c o s :
lnSo/S = K t
En donde So = c o n c e n t r a c i ó n de s a c a r o s a i n i c i a l .
S x S 0 - R
En donde R = c o n c e n t r a c i ó n de azúcares r e d u c t o r e s .
Que dando :
f.gi.1
12b,
se puede obser-minuye' ext,onenciaimen.te con c&bn be primer orden),- de belbcidad (IC] de l a
-
Graficando, l a
9
8 ! ~var que l a concentración d e l tiempo, dandonos
en donde l a s pendien reaccibn para l a s d i
Siendo l a s cons siguiientes :
-
TEMPERATURA (O C)1
CONSTANTE! DE VELOCIDAD (K)55 O .O03
65
o .
90975
O .O30' 85 O .O71
Conociendo l a s constabtes de velocidad, sk puede tener una i n -
terpretación de l a Ecuaciób db ArIjhenius.
K = A o e (-E a /RT)
S i reordenamos l a ecuicibd
1nK = ldAo
-
Ea/RTGraficando 1nK versus;
l/r':
( 1 3 ) , be obtiene uha recta-erseccpán de l a r e c t a es
- -
en donde l a pendiente es
-;
E a y i
lnA0. . .
i
Siendo: ...
Ea/R =
-12,626
lnAo = 32.49
En donde:Ao = 1 . 4 3 X
D O 1 b i
Conociendo l o s paráloebrop . c mente fué determinar e l tibmpb'q
evaporador, e l cual consta! de
t r
con e l o b j e t o de que en l a i p r h i e grande se l l e v e a cabo p a r t e Llt
ción que es má's chica que La akt
l a h i d r ó l i s i s y parte de l k e&p
var l a A i e l i n v e r t i d a a lob
(ver f i g . 14) y para deterbinat una miel que contenga COI @e h v
Kdt en l a secci6n d e l csvbpok8d
,
l o qbe se h i z o p o s t e r i o r - en cipentarse e l ,reactor-
ones, !(ver Apendicie II),
- -
ón que; es l amás
ciaiiente yl i s t s , , ! en. l a segunida sec--.- e realkce; en su t a t a l i d a d
-
l a
mbs
Pequeña p a r a l i e - -Conociendo l o s tiempob dp - c estbs se graifican
- - -
hveisión para obtener bgrb , .. grafic-ente
- - -
b r a l a inve-ian (sec
, .
-
$ 2 I i I !i
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6
__
c i o n e s 1 y 2).
sabe que:
Como se r e q u i e r e una m i e l que contenga 50% de i n v e r t i d o s , se
-
inSo/(So
-
R) = KdtSabiendo que
la
c o n c e n t r a c i ó n i n i c i a l de sacarosa es 130gramosln130/(130
-
65) = KdtConociendo K y e l p o r c i e n t o de i n v e r t i d o s que s e desean, s e
-
puede determinar e l tiempo
de
r e s i d e n c i a d e l jugo de caña en e l- - -
r e a c t o r evaporador.
p o r l i t r o , p o r l o t a n t o :
Kdt = 0 . 6 9 (para 5 0 % de i n v e r t i d o s )
NOTA: Los datos de c a l e n t a m i e n t o e i n t e g r a c i ó n , a s i como
los
de l a sf i g s . 11, 12, 1 3 y 1 4 se encuentran tabulados en e l Apendice-
111.
r
L.
c
c
c
L
i
r
LF L
r
L
c
c
c
c
r
r
t
L
c
f
r
r
L
L
-
-
De acuerdo con 1 s t e t r a b a j o , - - -
deteaminar l a s -
r
8 c i e l o- - -
gra'l, lbcalizada en e l I n s oxoqotl'a, Edo. de Morelos. par$ llievar a cdbo l a i n - -
in\r&til&os empldando una
-
,
e $ cual se l o g r ó con una0 8 7 4 S ,
son
l a s siguientes:K
= 0.071 min-l75 a 8 S a C
caqa en e l evaplorador es:
7 5 a 85 min.
cción de i n - -
s
4
eshe react6r-evapora-RESUMEN.
-
La c r i s i s d e l a i n d u s t r i a azucarera y d e l p a í s , demanda e l
- -
t o t a l aprovechamiento de l o s r e c u r s o s n a t u r a l e s e x i s t e n t e s y una
-
mayor productividad en todos l o s s e c t o r e s como l o es en l a f a b r i c a
c i ó n de e d u l c o r a n t e s .
E l t r a p i c h e i n t e g r a l que s e menciona en e s t e t r a b a j o v i e n e a-
s a t i s f a c e r una s e r i e de necesidades en l a i n d u s t r i a azucarera por-
medio de un proceso f á c i l de operar por c u a l q u i e r pequeño produc--
t o r de caña y a un p r e c i o a c c e s i b l e , t a n t o en e l c o s t o f i j o como
-
en e l de m a t e r i a s primas.
La p i e d r a a n g u l a r de un t r a p i c h e e s e l r e a c t o r - e v a p o r a d o r , ya
que e s donde s e l l e v a a cabo l a i n v e r s i ó n y evaporación d e l jugo
-
de caña, para l a producción de m i e l e s ricas i n v e r t i d a s .
Por i o a n t e r i o r m e n t e expuesto, es de suma i m p o r t a n c i a ' e l de--
t e r m i n a r las c o n d i c i o n e s Óptimas de operación d e l reactor-evapora-
d o r , para l o g r a r e s t e o b j e t i v o , primero nos basamos en t r a b a j o s
- - -
r e a l i z a d o s en l a i n v e r s i ó n de s a c a r o s a con e l f i n de s e l e c c i o n a r -
I
e l á c i d o y l a c o n c e n t r a c i ó n Óptima d e l mismo, a s í como o t r a s v a r i a
-
Ib l e s importantes p a r a l l e v a r a cabo e l proceso de i n v e r s i ó n , como-
son l o s tiempos de c a l e n t a m i e n t o , pH, c o n c e n t r a c i ó n de aziicares y-
I
e l rango de temperaturas. I
Con e s t a i n f o r m a c i ó n , dimos paso a l a p a r t e experimental d e l -
p r e s e n t e t r a b a j o que f u é e l de determinar l a c i n é t i c a de l a r e a c - -
c i o n de i n v e r s i ó n de s a c a r o s a , p a r a l o c u a l seleccionamos un rango
de temperaturas que va de 5 5 a 85'C con e l f i n de determinar l a . v e
-
l o c i d a d de i n v e r s i ó n
en
un periodo de dos horas.La v e l o c i d a d de é s t a r e a c c i ó n , s e puede e x p r e s a r en términos- de l a rapidez de v a r i a c i ó n de l a concentración de c u a l q u i e r a de + -
las s u s t a n c i a s involucradas con r e s p e c t o a l tiempo, observando que
l a s a c a r o s a disminuye exponencialmente con e l tiempo dandonos una-
r e a c c i ó n de primer orden, con l o que s e obtienen las c o n s t a n t e s de
v e l o c i d a d de l a r e a c c i ó n para l a s d i f e r e n t e s temperaturas.
Conociendo l a s c o n s t a n t e s de v e l o c i d a d , se puede t e n e r una ig
t e r p r e t a c i ó n de l a ecuación de Arrhenius para obtener los p a r h e - -
t r o s c i n é t i c o s de 1 a ; r e a c c i ó n ; posteriormente s e determinó e l tiem
-
P O de c a l e n t a m i e n t o en l a s d i f e r e n t e s s e c c i o n e s que componen e l
- -
reactor-evaporador.
*. .
...
I".
...-
.I
-,..
._.
Graficando e s t o s tiempos de c a l e n t a m i e n t o y para producir una
m i e l que contenga un 5 0 % de i n v e r t i d o s , s e i n t e g r a r o n l o s d a t o s ob
-
t e n i d o s para determinar e l tieinpo de r e s i d e n c i a d e l jugo en e l
- -
r e a c t o r - e v a p o r a d o r .
Los r e s u l t a d o s de e s t e t r a b a j o , no s o l o nos permiten a l c a n z a r
n u e s t r o s o b j e t i v o s , s i n o que pueden s e r a p l i c a b l e s para o t r o s t r a -
p i c h e s que deseen o b t e n e r m i e l e s con d i f e r e n t e s concentraciones de i n v e r t i d o s .
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