ESTUDIAR PARA PREVER Y PREVER PARA ACTUAR
P R E M I O INTRAGOB 2006
a la 06
RSGC - 617 INICIO: 2012.09.28 TERMINO: 2015.09.28
ISO 9001:2008 PROCESO EDUCATIVO
S G C S N E S T
IMNC-RSGC-617
IMNC-RSGC-617
IMNC-RSGC-617
CERTIFICADO BAJO LA NORMA ISO 9001:2008
CERTIFICADO BAJO LA NORMA ISO 9001:2008
VILLA DE ÁLVAREZ, COL., MAYO DE 2014
BALANCE DE MATERIALES PARA AUMENTO DE
CAPACIDAD INGENIO AZUCARERO EL DORADO
OPCIÓN VII
MEMORIA DE EXPERIENCIA PROFESIONAL
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO BIOQUÍMICO
PRESENTA
ANTONIA PLASCENCIA SILVA
ASESOR
DEDICATORIA
A mi Madre:
Por todo el cariño,
La comprensión y la paciencia…
Porque mis logros son suyos
A mis Hijos:
Por ser mi motivación
Cuando sentía que mi camino se me cerraba
Me inspiraron a ser una mejor persona para ustedes
A Humberto:
Por tu apoyo incondicional
AGRADECIMIENTOS
A Dios por permitirme vivir y cumplir mis propósitos
A mi Madre y Hermanos por su apoyo incondicional, amor y tolerancia
A mis maestros por su Educación y Enseñanza
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVO ESPECIFICO
JUSTIFICACION
INTRODUCCION………..……….……1
Capítulo I: La caña de Azúcar 1.1 La Caña de Azúcar……….3
1.2 Azucares y Carbohidratos………7
1.3 Estadísticas Generales de la Producción de Caña de Azúcar……….9
1.4 La Limpieza de la Caña como Elemento de Calidad……….…..13
1.5 La Frescura de la Caña como Elemento de Calidad……….…15
1.6 La Madurez de la Maña como Elemento de Calidad……….….16
1.7 Otros Factores de la Cosecha que Incide en la Calidad del Proceso………...17
Capítulo II: Descripción de los Procesos 2.1 Proceso de Fabricación Azúcar Estándar………...18
2.2 Descripción de los procesos………..20
2.2.1 Extracción del jugo……….20
2.2.2 Purificación del jugo mezclado………24
2.2.3 Evaporación………..29
2.2.4 Cristalización………...31
2.2.5 Centrifugación……….35
2.2.6 Secado y Envase……….36
2.2.7 Producción de vapor………..38
2.2.8 Planta de Fuerza………39
Capitulo III: Balance General de Materiales 3.1 Balance General………40
3.3 Balance de Clarificación………..52
3.4 Balance de Evaporación……….59
3.5 Balance de Cristalización……….61
Capitulo IV: Resultados y Conclusiones
4.1 Resultados……….78
4.2 Conclusiones………82
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVOS ESPECÍFICO
Analizar la capacidad instalada en el área de tachos y compararla con la necesaria de
acuerdo al balance de materiales para un aumento de molienda de 5,000 ton/día.
Analizar el proceso de cristalización.
Analizar el área de evaporación.
J U S T I F I C A C I O N
El presente trabajo tiene su justificación en la necesidad de ser más eficiente en el proceso ya existente a través de la optimización, y una forma de hacerlo es estar renovando los balances de materia y energía al mismo tiempo que se realicen los cambios que sufra el proceso de fabricación de azúcar.
Al efectuar un balance adecuado y continuo existen menos perdidas por lo que hay una mayor producción y calidad en el producto y por lo tanto una mejor ubicación en el mercado a menor costo.
1 I N T R O D U C C I O N
El presente trabajo se desarrolla como proyecto otorgado a Taller Industrial Moreno, para Análisis y Cálculo de Balance de materiales para el aumento de capacidad de Ingenio Eldorado, con la finalidad de mejorar sus procesos en la casa de cocimientos.
Dicho Proyecto se genera a partir de la necesidad de modificar los procesos por aumento de capacidad de Ingenio Eldorado ubicado en el poblado del mismo nombre en la parte central del municipio de Culiacán de Sinaloa, en el valle de San Lorenzo. Colinda al norte con la Sindicatura de Costa Rica; al este con la de Quilá; al sur con el Golfo de California y la Sindicatura de Emiliano Zapata, mientras que al oeste lo hace con el Golfo de California.
Fue fundado hace más de 100 Años, gracias a la familia Redo, encabezada por Don Joaquín Redo, quien junto con su familia instaló el ingenio azucarero en la población del Eldorado, en vista de la fertilidad que estas tierras poseían para los buenos cultivos.
En el capítulo uno trata de los elementos de la calidad de la caña, como son su limpieza, frescura, madurez de la caña y otros factores que inciden en la calidad.
En el capítulo dos se menciona la descripción del proceso de fabricación de azúcar estándar, como es la extracción de jugo de caña, purificación del jugo de la caña, la concentración del jugo, y la cristalización del azúcar y por último el secado de azúcar. En la cristalización del azúcar se menciona el procedimiento tecnológico para la elaboración de la masa cocida o templas.
En el capítulo tres se realiza el balance de materiales en el departamento de molinos con una molienda de 5000 ton de caña por día que es el aumento de capacidad de 3800 a 5000ton/día en el Ingenio Eldorado.
En el capítulo cuatro se realiza el balance de materiales en el departamento de clarificación tomando como entradas 5,000 toneladas de caña / día.
En el capítulo cinco, se realiza Balance de Materiales del departamento de evaporación, este balance es el más sencillo de todos los balances de que se trata el presente trabajo.
3 CAPITULO 1
LA CAÑA DE AZUCAR
1.1 LA CAÑA DE AZUCAR
La caña de azúcar (Saccharum officinarum L) es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el maíz en cuyo tallo se forma y acumula un jugo rico en sacarosa, compuesto que al ser extraído y cristalizado en el ingenio forma el azúcar. La sacarosa es sintetizada por la caña gracias a la energía tomada del sol durante la fotosíntesis. El azúcar es uno de los productos básicos de consumo, su producción se realiza en los ingenio a partir de los jugos de caña de azúcar y de remolacha, dando origen a una agroindustria que genera gran cantidad de empleos, participando directamente en la economía nacional.
El azúcar se obtiene del jugo fresco y dulce de la caña, sus hojas y tallos se utilizan como forraje para el ganado.
ORIGEN
La caña de azúcar es originaria de Nueva Guinea, de donde se distribuyó a toda Asia. Los árabes la trasladaron a Siria, Palestina, Arabia y Egipto, de donde se extendió por África. Colón la llevó a las islas del Caribe y de ahí pasó a América tropical. A México llegó con la conquista instalándose las primeras industrias azucareras en las partes cálidas del país como parte de la colonización.
TAXONOMÍA Y MORFOLOGÍA
Pertenece a la familia de las gramíneas, género Saccharum. Las variedades cultivadas son híbridos de la especie officinarum y otras afines (spontaneum.) Es un cultivo plurianual. Se corta cada 12 meses, y la plantación dura aproximadamente 5 años. Tiene un tallo macizo de 2 a 5 metros de altura con 5 o 6 cm de diámetro. El sistema radicular lo compone un robusto rizoma subterráneo; puede propagarse por estos rizomas y por trozos de tallo. La caña tiene una riqueza de sacarosa del 14% aproximadamente, aunque varía a lo largo de toda la recolección.
Constituyentes de la caña: El tronco de la caña de azúcar está compuesto por una parte sólida llamada fibra y una parte líquida, el jugo, que contiene agua y sacarosa. En ambas partes también se encuentran otras sustancias en cantidades muy pequeñas. Las proporciones de los componentes varían de acuerdo con la variedad (familia) de la caña, edad, madurez, clima, suelo, método de cultivo, abonos, lluvias, riegos, etc.
La composición elemental es:
Fibra (componente insoluble en agua) 12 -15 %
4
El jugo está compuesto por:
Sacarosa (azúcar) 12 – 20 %
Sustancias No azúcar 2 – 3 %
Agua 76 -84%
Las sustancias NO azúcar comprenden todos aquellos componentes disueltos en el jugo que no son sacarosa. Entre ellos se encuentran otros azucares (fructosa y glucosa) identificados como azucares reductores, materias orgánicas diversos (proteínas, aminoácidos, ácidos orgánicos y sales orgánicos (de calcio y magnesio, potasio etc.).
De todos los componentes del jugo el único que tiene la propiedad de cristalizar, en las condiciones de trabajo de una fábrica azucarera, es la sacarosa. La sacarosa del jugo es cristalizada en el proceso como azúcar y la fibra constituye el bagazo una vez molida la caña.
Otros constituyentes de la caña presentes en el jugo son:
Glucosa 0,2 - 0,6 %
Fructosa 0,2 - 0,6 %
sales 0,3 - 0,8 %
Ácidos orgánicos 0,1 - 0,8 %
Otros 0,3 - 0,8 %
Las hojas de la caña nacen en los entrenudos del tronco. A medida que crece la caña las hojas más bajas se secan, caen y son reemplazadas por las que aparecen en los entrenudos superiores. También nacen en los entrenudos las yemas que bajo ciertas condiciones pueden llegar a dar lugar al nacimiento de otra planta.
Fotosíntesis en la caña de azúcar.
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El tronco de la caña de azúcar está compuesto por una parte sólida llamada fibra y una parte líquida, el jugo, que contiene agua y sacarosa. En ambas partes también se encuentran otras sustancias en cantidades muy pequeñas. Las proporciones de los componentes varían de acuerdo con la variedad (familia) de la caña, edad, madurez, clima, suelo, método de cultivo, abonos, lluvias, riegos, etc.
APROVECHAMIENTO
La caña de azúcar suministra, en primer lugar, sacarosa para fabricación de azúcar blanco o moreno. También tiene aproximadamente 40 kg/ton de melaza (materia prima para la fabricación del ron. También se pueden sacar unos 150 kg/ton de bagazo. Hay otros aprovechamientos de mucha menor importancia como los compost agrícolas, vinazas, ceras, fibra absorbente, etc.
EXIGENCIAS DEL CULTIVO
La caña de azúcar no soporta temperaturas inferiores a 0 °C, aunque alguna vez puede llegar a soportar hasta 1 °C, dependiendo de la duración de la helada. Para crecer exige un mínimo de temperaturas de 14 a 16 °C. La temperatura óptima de crecimiento parece situarse en torno a los 30 °C. con humedad relativa alta y buen aporte de agua.
VARIEDADES
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1.2 AZUCARES Y OTROS CARBOHIDRATOS
La sacarosa en el jugo y la celulosa en la fibra son los dos principales constituyentes químicos de la caña de azúcar, cada uno de ellos está compuesto por azucares simples. Los azucares simples glucosa (dextrosa) y fructosa (levulosa), se encuentran así mismo sin formar cadenas en la caña de azúcar, por lo general en cantidades menores que la sacarosa
La producción de azúcar a partir del jugo de la caña de azúcar se basa en la capacidad que tiene la sacarosa de cristalizar a partir de un jarabe espeso llamado meladura, mientras que la glucosa y fructosa permanecen disueltas.
Los azucares son carbohidratos, y como su nombre lo indica, está compuesto de los elementos carbono, hidrogeno y oxígeno; el hidrogeno y el oxígeno están por lo general presentes en la misma proporción que en el agua. Los azucares simples, glucosa y fructosa se clasifican como monosacáridos ya que no se pueden hidrolizar a moléculas más pequeñas de carbohidratos por ácidos o enzimas.
La sacarosa es un disacárido de tipo heterogéneo que se encuentra formado por una glucosa,
la cual aparece en forma de piranosa, es decir, un anillo con seis miembros, y una fructosa a modo
de furanosa, o anillo de cinco miembros. Dichos monosacáridos se encuentran enlazados por el carbono 1 en el caso de la glucosa, y por el carbono 2 cuando se trata de la fructosa. En enlace que los une es de tipo glucosídico, siendo α para la glucosa y β para la fructosa. Así, podemos decir que
la sacarosa es una α-D-glucopiranosa (1 →2) β-D- fructofuranósido.
PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LA SACAROSA
En su estado puro, la sacarosa es fina e incolora. Es libre de olores y es un polvo cristalino con un sabor dulce. La sacarosa no se degrada ni estropea por el aire. Su fórmula empírica
C12H22O11,y un peso molecular de 342.3. Los cristales de sacarosa son prismas mono cíclicos que
tiene una densidad de 1.588, su punto de fusión es de 188 °C y se descompone al fundirse, el
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alterada por la absorción de humedad) y puede absorber hasta un 1% de humedad, es soluble en agua y en etanol, ligeramente soluble en metanol e insoluble en éter o cloroformo.
Cuando se hidroliza, mediante un ácido o una invertasa, la sacarosa produce cantidades equimolares de glucosa y fructosa.
La glucosa su fórmula empírica C6H12O6 mejor conocida como azúcar de maíz, azúcar de
uva y azúcar de la sangre. Solo en la porción en crecimiento activo de la planta el contenido de glucosa excede al de sacarosa. Al comienzo de la zafra el contenido de glucosa del guarapo es alto y disminuye con la madurez.
La fructosa, llamada también azúcar de frutas, y es más dulce que la glucosa y la sacarosa, de las tres es la menos abundante en la caña, al igual que la glucosa se encuentra en la caña en la parte de crecimiento y disminuye en tallo y raíces, la formula empírica de la fructosa es la misma
que la glucosa C6H12O6
Existen otros azúcares en menos proporción en el guarapo como el Almidón que se encuentra en el proceso de crecimiento, pero solo en algunas variedades.
Los Dextranos y las gomas son polisacáridos que a diferencia del almidón son solubles en el guarapo frío, los dextranos son producto de la infección microbiana de las células dañadas, y cristalizan en forma de aguja alargada.
APROVECHAMIENTO INDUSTRIAL DEL AZÚCAR
La sacarosa se usa ampliamente en la alimentación así como en la industria farmacéutica,
para enmascarar gustos o sabores más bien desagradables, gracias a su alto contenido en
edulcorante. También se emplea como conservador en altas concentraciones, pues consigue
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1.3 ESTADISTICAS GENERALES DE LA PRODUCCION DE CAÑA DE AZUCAR
La industria azucarera en México es muy importante, requiriendo una superficie cultivada del orden de 620,000 hectáreas por año, con una producción promedio de 45 millones de toneladas de azúcar, cuyo valor monetario es aproximadamente 15 mil millones de pesos. El
principal estado productor de caña de azúcar en México, es el Estadode Veracruz que además
tiene la producción más alta de la república, cosechando alrededor de 250,000 hectáreas de cultivo de caña por año para una producción de azúcar del orden de los 18 millones de toneladas con valor de 5,500 millones de pesos, representando el 38% de la producción nacional.
Las condiciones actuales de la producción de caña de azúcar en México, concentran la producción de este cultivo en 15 estados de la República Mexicana, siendo Veracruz, Jalisco y Chiapas se han significado como los principales Estados en la molienda de caña de azúcar.
TABLA 1.5 Datos Históricos Producción Zafra 2013 al 2009
ZAFRA 2013 2012 2011 2010 2009
CAÑA MOLIDA
BRUTA (TON) 61,438,539 46,231,229 44,131,570 43,370,288 43,370,288
CAÑA MOLIDA
NETA (TON) 59,011,397 44,473,265 42,528,070 41,806,740 41,806,740
HECTAREAS
COSECHADAS 780,254 703,761 673,480 647,427 647,427
AZÚCAR PRODUCIDA TOTAL (TON)
6,974,799 5,048,469 5,183,500 4,825,539 4,825,539
AZÚCAR PRODUCIDA REFINADA (TON)
2,084,484 1,565,017 1,708,422 1,602,792 1,602,792
AZÚCAR PRODUCIDA ESTÁNDAR (TON)
4,482,722 3,236,969 3,242,229 3,037,022 3,037,022
AZÚCAR PRODUCIDA BLANCA ESPECIAL (TON)
346,693 229,166 187,498 184,921 184,921
AZÚCAR PRODUCIDA MASCABADO (TON)
60,900 17,316 45,351 804 804
ALCOHOL 96 GL
PRODUCIDO (LT) 16,685,963 15,309,262 19,342,517 11,826,693 11,826,693
MIEL FINAL 85
10 (TON)
KARBE /TON
CAÑA BRUTA (KG) 11.961 8.416 12.518 112.269 112.269
KARBE /TON
CAÑA NETA (KG) 119.265 114.812 123.181 116.623 116.623
PRECIO DE LA CAÑA
(PESOS/TON)
- - - 647.6 647.6
EFICIENCIA EN
FÁBRICA (%) 82.66 82.36 83.04 82.92 82.92
EXTRACCIÓN DE JUGO MEZCLADO % CAÑA (%)
96.28 96.79 96.65 95.91 95.91
EXTRACCIÓN POL
% POL CAÑA (%) 95.17 95.06 95.14 94.90 94.90
BAGAZO % EN
CAÑA (%) 28.57 29.15 29.09 29.08 29.08
FIBRA EN CAÑA
(%) 13.15 13.35 13.35 13.22 13.22
POL EN CAÑA (%) 13.68 13.21 14.11 13.38 13.38
BRIX EN JUGO
MEZCLADO (%) 16.56 15.95 16.83 16.16 16.16
POL EN JUGO
MEZCLADO (%) 13.53 12.98 13.90 13.26 13.26
PZA APARENTE JUGO MEZCLADO (%)
81.69 81.31 82.51 82.03 82.03
POL EN BAGAZO
(%) 2.29 2.22 2.34 2.33 2.33
HUMEDAD EN
BAGAZO (%) 50.56 51.09 50.89 51.28 51.28
MATERIA EXTRANA EN CAÑA (TON)
2,415,980 1,755,557 1,603,404 1,554,665 1,554,665
PERDIDAS DE
BAGAZO (TON) 403,683 300,772 303,080 294,946 294,946
PERDIDAS DE MIEL FINAL PRODUCIDA Y ESTIMADA (TON)
762,322 550,220 545,705 484,381 484,381
PERDIDAS EN
CACHAZA (TON) 81,422 63,427 59,590 64,649 64,649
PERDIDAS
INDETERMINADAS (TON)
198,667 155,035 145,341 144,948 144,948
11 TOTALES (TON)
CONSUMO DE PETRÓLEO EN PRUEBAS (LT)
4,290,633 5,173,458 7,927,142 8,558,281 8,558,281
CONSUMO DE PETRÓLEO EN MOLIENDA (LT)
79,030,346 78,252,182 102,377,327 154,054,350 154,054,350
CONSUMO DE PETRÓLEO EN LIQUIDACIÓN (LT)
2,748,068 2,992,434 2,984,904 4,049,250 4,049,250
CONSUMO DE PETRÓLEO EN FÁBRICA ALCOHOL (LT)
1,916,577 1,019,752 3,710,434 911,015 911,015
CONSUMO DE PETRÓLEO TOTAL (LT)
85,838,498 87,437,826 116,999,807 167,572,896 167,572,896
TIEMPO PERDIDO
EN FÁBRICA (HR) 24789:52 15746:18 17651:40 14713:01 14713:01
TIEMPO PERDIDO POR PERSONAL (HR)
2580:13 1821:08 1770:14 1561:07 1561:07
TIEMPO PERDIDO POR DIAS
FESTIVOS (HR)
1109:53 767:23 770:15 842:08 842:08
TIEMPO PERDIDO
EN CAMPO (HR) 4700:15 4596:11 4065:27 5818:05 5818:05
TIEMPO PERDIDO
POR LLUVIAS (HR) 9817:54 14456:19 3282:05 19908:21 19908:21
TIEMPO PERDIDO
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1.4 LA LIMPIEZA DE LA CAÑA COMO ELEMENTO DE CALIDAD
La calidad de la caña constituye el factor más importante para el éxito de proceso industrial, siendo determinante en:
La calidad del azúcar
El rendimiento
El costo de producción
La calidad de la materia prima, en cualquier fábrica, es un factor fundamental a considerar, cuando se analiza algún problema surgido en el proceso de producción.
La introducción de la mecanización en todas las labores de cultivo y cosecha de la caña, si bien ha sido representado un notable incremento de la productividad y ha contribuido a humanizar el trabajo de las actividades de la zafra, también ha traído aparejado un incremento en los niveles de materias extrañas y una mayor posibilidad de que se produzca el deterioro de la caña, la cual al ser trozada por la máquinas en pedazos pequeños, está más expuesta al ataque de los microorganismos que destruyen el azúcar contenido en la caña. Estas realidades obligan a poner especial cuidado cada una de las labores de la zafra para eliminar o al menos reducir a un mínimo los efectos negativos.
La quema de la caña crea dificultades adicionales si el periodo de quema, corte, cosecha y molienda sobrepasa las 24 horas, ya se ha comprobado que incluso con 16 y 20 horas después de cortada, la caña inicia un proceso de deterioro que tiene incidencias negativas en el proceso industrial y en la calidad del azúcar.
Otro aspecto de gran importancia en la calidad de la materia prima radica en los llamados desfases, tanto de cañas inmaduras como cañas quemadas, así como la fertilización nitrogenada fuera de tiempo que, por haber sido tardíamente asimilada, origina jugos de baja calidad, difíciles de clarificar, afectando el producto final.
Es fundamental eliminar por la afectación que provocan en el proceso de fabricación del azúcar, las materias extrañas y la caña atrasada, cuya acción conjunta puede afectar la producción azucarera en una zafra en cientos de miles de toneladas de azúcar.
LAS MATERIAS EXTRAÑAS
14 Se debe tener claro, que estos sistemas de corte, por sus características, siempre incorporan una cantidad de materia extraña: sin embargo, al Ingenio llega en exceso de impurezas, el cual se produce por mal trabajo, por descuido o por no cumplir con lo que está establecido, y es en exceso de materias extrañas, donde se debe poner el énfasis especial para eliminarlo.
El exceso de materia extraña se produce básicamente por:
No separar correctamente el cogollo por el machetero
No limpiar bien el lugar donde se apila en caso de corte manual
Hacer pilas demasiado pequeñas
Cortar el cogollo encima de la pila
Maleza en los campos etc.
Los efectos que tiene la en el proceso la presencia de materias extraña son:
Reducen virtualmente la capacidad de molienda de la fábrica
Aumenta el tiempo total de fábrica
Aumenta el costo de producción
Reducen el rendimiento en azúcar
Incrementa la fibra
Disminuye la pureza de los jugos
Incorpora al proceso el almidón, sustancia que afecta seriamente la calidad del azúcar y la
eficiencia industrial
15
1.5 LA FRESCURA DE LA CAÑA COMO ELEMENTO DE CALIDAD
La caña de azúcar es un organismo vivo que muere tan pronto se corta o se quema, comenzando a deteriorase. Por tanto, tiene que procesarse inmediatamente después de la quema o corte, mientras este fresca. Toda demora que se produzca a partir del momento del corte o quema, afectará el contenido de azúcar de la caña y composición natural del jugo con formación de sustancias que afectan el proceso y la calidad del producto final.
La caña después de cortada y principalmente cuando es picada en trocitos pequeños y, a su vez, luego es expuesta durante horas al sol y sereno, sufre rápido deterioro con formación de sustancias llamadas gomas o polisacáridos, siendo el principal la dextrana, la cual constituye un verdadero problema cuando logra penetrar el proceso de fabricación.
La dextrana en concentraciones del orden de 0.05% de Brix en las masas cocidas, altera notablemente el proceso de crecimiento de los cristales de azúcar, originando el llamado grano alargado o grano aguja, lo cual hace que dicho azúcar no tenga la calidad requerida. Esta sustancia, además causa un incremento en la viscosidad de los materiales en proceso, afectando seriamente la eficiencia industrial.
Se realizan actividades para conservar la frescura de la caña, entre otras se tienen:
Se elabora el programa de corte y se verifica sistemáticamente su cumplimiento.
Se garantiza que la caña sobre carros más caña en suelo no exceda la molienda diaria
de ingenio.
Se considera, como caña en suelo, la caña quemada de pie.
Se garantiza siempre el equipo total de corte, alza, acarreo para la molienda diaria de
caña quemada.
Los inspectores de campo están informando correctamente.
Se supervisa el ciclo agrícola y de transporte para detectar cualquier atraso.
Se organiza bien el tráfico en batey, evitando que la caña se atrase sobre carros.
16
1.6 LA MADUREZ DE LA CAÑA COMO ELEMENTO DE CALIDAD
Al tratar de las condiciones óptimas de la caña para moler, en lo primero que se tiene que pensar es en su grado de madurez.
La caña es un fruto, y como tal se comporta pasando las fases de tierno, verde, maduro y deterioro durante el desarrollo de la planta.
La caña está madura, cuando el contenido de azúcar en los canutos superiores es muy similar al de los canutos inferiores, o sea cuando el azúcar está repartido uniformemente a lo largo de la caña.
En la práctica la madurez de la caña se determina mediante el refractómetro de mano, instrumento sencillo que indica la concentración del azúcar (sólido) en el jugo. Esto se logra fácilmente, tomando muestra de la parte inferior y superior del tallo de la caña, lo cual se hace con el mismo instrumento, por lo que se puede analizar la caña en pie, sin necesidad de cortarla. El índice de madurez se define como la relación entre el Brix de la parte superior del tallo y el Brix de la parte inferior, y decimos que la caña está madura cuando:
(Brix superior/ Brix Inferior) = 1
Por razones prácticas u organizativas de la cosecha, se admite moler entre 0.85 y 1 de índice de madurez.
Este indicador es fundamental tenerlo en cuenta con la programación de los cortes para determinar cuándo el ingenio debe comenzar la zafra, así como que tipo de caña debe moler en las diferentes etapas.
Cuando la caña se muele madura tiene el máximo de azúcar y el mínimo de impurezas y tendrá un efecto favorable en la eficiencia industrial y en la calidad del azúcar.
Cuando el ingenio muele caña de calidad, obtiene las siguientes ventajas:
Jugos fáciles de clarificar
Decantación rápida y perfecta
La filtración es rápida, con baja sacarosa en cachaza
Menos incrustaciones
Mieles de baja pureza
El trabajo en centrifugas se realiza más sencillos masas más fáciles de purgar
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1.7 OTROS FACTORES DE LA COSECHA QUE INCIDEN EN LA CALIDAD DEL PROCESO
Ya se describió que la madurez de la caña, su limpieza y frescura como elementos básicos de su calidad, Sin embargo, aun cuando se garanticen estos factores es necesario tener una buena organización de la cosecha para sacar el máximo de provecho a esa caña de buena calidad.
La tarea diaria: Es la cantidad de caña de cada frente de corte debe entregar al ingenio por día de zafra, de forma tal que la suma de todos los frentes, sea igual a la capacidad de molienda diaria del ingenio.
En la práctica, una de las causas principales de que se muele tanta caña quemada atrasada, es porque no se conoce con mayor exactitud, la caña cortada, caña en suelo, caña sobre carros y la caña quemada en pie. Al terminar el corte del día, para trazar la estrategia de cosecha y acarreo para el día siguiente.
El cumplimiento de la tarea diaria puede servir para verificar el comportamiento de los estimados por cada frente o campo y al conocer su aumento o déficit, ir ajustando la tarea para evitar problemas.
Programación de los cortes: Para llevar a cabo la programación de los cortes, se escogen de los campos, aquellos bloques que presentan los índices de madurez y más altos, llevándose al laboratorio muestras de los mismos para determinarle su rendimiento y sobre esta base, escoger para la programación aquellos campos que tengan valores más altos.
Con la finalidad de moler las cañas de más alto índice de madurez, y que, a la vez, tengan los mayores rendimientos.
18 CAPITULO II
2.1 PROCESO DE FABRICACION DE AZUCAR ESTANDAR
Se conoce como Ingenio a las instalaciones y al conjunto de operaciones unitarias necesarias para procesar caña de azúcar y obtener azúcar, alcohol y otros subproductos.
19 El proceso industrial de fabricación de azúcar estándar comprende las siguientes etapas:
Extracción del jugo
Purificación del jugo
Concentración de jugo
Cristalización de Jugo
Separación de azúcar
20 2.2 DESCRIPCION DE LOS PROCESOS
2.2.1 EXTRACCION DEL JUGO
RECEPCIÓN DE LA CAÑA
La caña cosechada manual o mecánicamente, es transportada a la fábrica por camiones, a su llegada a la fábrica, la caña es pesada y descargada en el patio llamada batey, para ello se cuenta con dos grúas auto estable con capacidad de 6 toneladas de levante cada una, sirven a su vez, para descargar la caña directamente a las mesas alimentadoras, o para estibar en caso necesario en el Batey.
BATEY
21 Extracción:
En este proceso se separa o se elimina la fibra en forma de bagazo, obteniéndose, como producto, jugo mezclado, el cual es turbio y cargado de todo tipo de impurezas (13 – 18 ° Brix y 80 % de pureza como mínimo).
El total de sustancias disueltas en el jugo (u otro material azucarado) se mide porcentualmente con instrumentos densimétricos (aerómetros) o refractrométricos (refractómetro), cuya escala fue concebida por Balling y perfeccionada por Brix, por ello, el total de sólidos disueltos se le denomina Brix. En este total está incluida la sacarosa.
Brix = % de sólidos solubles.
Pol = % de sacarosa.
La relación porcentual que existe entre Pol y °Brix se denomina Pureza.
Pureza = (% sacarosa/ °Brix)*100
22 Sacarosa = 14.2
Brix = 16.5
Su pureza será = (14.2/ 16.5) *100 = 86%
La extracción se lleva a cabo en un equipo llamado difusor, el cual es un sistema
extractor de azúcar único a nivel nacional con capacidad instalada de 5,000 TCD, el cual consta de un sistema de bombeo en el que se realiza lavado de la fibra de caña para extraer la mayor cantidad posible de azúcar contenida en esta, por medio de un proceso físico llamado “Lixiviación”. (Tratar una sustancia compleja, con un disolvente adecuado para separar sus partes solubles de las insolubles).
El proceso de extracción en el difusor está hecho de tres maneras:
a) Lixiviación
b) Difusión
c) Presión
Lixiviación:
La lixiviación es un proceso de lavado de la caña desfibrada. El jugo de la caña es retirado del bagazo a través de sucesivas lavadas mecánicas. Estas lavadas son iguales a la imbibición compuesta en un sistema de molienda. En realidad, las lavadas son efectuadas sometiendo la caña a líquidos con contenido de sacarosa siempre inferiores al contenido en el jugo de la caña. Esto es hecho sucesivamente hasta que el líquido tenga cero por ciento de sacarosa (agua).
Como la caña está saturada en líquidos, el exceso de éste (conteniendo el azúcar extraído) es separado de la masa de la caña por gravedad.
La mayor parte del azúcar extraída en el difusor se obtiene por lavado simple (lixiviación) Para que este lavado sea posible se hace necesario que las células conteniendo el jugo con sacarosa estén rotas, para que el líquido de imbibición tenga acceso a él. Por eso, es necesaria una buena preparación de la caña. Esta preparación debe ser hecha con un desfibrador que rompa la mayor cantidad de células posibles. Desfibradores de alto índice de preparación ya son equipos comunes en los molinos.
Difusión :
La difusión propiamente dicha acontece en las células que no son rotas por el sistema de reparación. En condiciones normales, las paredes de las células no son permeables al jugo que ellas contienen. Esto se debe a una película de proteína que recubre la pared interna, sin embargo
a temperaturas elevadas (+/-70oC), la proteína es coagulada, dejando de esta manera la pared
23 Presión :
Como el difusor libera solamente el jugo que está en exceso por la saturación, el bagazo, cuando llega al final del difusor, está saturado de jugo. Este jugo debe ser retirado por un sistema de presión. Algunos difusores tienen un tambor interno que retira una buena cantidad de este jugo. Además del tambor es necesaria la utilización de otra etapa de presión, que normalmente es
hecha a través de una molienda común.
El difusor es alimentado de la caña previamente desfibrada por la parte superior y esta es lavada con agua caliente a una temperatura mínima de 80°C para extraerle al máximo el azúcar que contiene, la caña desfibrada que se encuentra en el interior del difusor está en contacto con los jugos de recirculación entre 30 y 40 minutos. Una vez agotado el bagazo, se envía a un conductor que lo transporta a dos molinos secadores para luego enviar el bagazo seco a calderas que sirve como combustible.
El jugo obtenido es enviado a un sistema de filtración que lo separa de bagacillo que trae presente, una vez filtrado, este jugo pasa a un sistema de pesado, donde posteriormente se alcaliza, para pasar al proceso de clarificación.
El jugo de la charola No. 8 la cual se conoce como charola de lodos, se bombea a un equipo de calentamiento de jugo, de ahí pasa a los clarificadores del difusor que por medio de decantación se separa el lodo de los jugos limpios los cuales se retornan al difusor para su reciclo.
24 2.2.2 PURIFICACION DEL JUGO MEZCLADO (CLARIFICACIÓN)
El jugo extraído (jugo difusado), es muy turbio y contiene, en suspensión y dilución, gran cantidad de impurezas, siendo impropios para obtener azúcar de buena calidad. Este jugo es ácido y, en tal condición ocurre una rápida degradación química (inversión) de la sacarosa, lo que obliga a su inmediata neutralización (elevar el pH hasta la proximidad de 7). Para llevar a cabo este proceso el jugo difusado es enviado a las torres de sulfitación donde se mezcla con Anhídrido Sulfuroso producido en un horno de Azufre, esto sirve para eliminarle la coloración al jugo que se torna después del contacto con las partes metálicas de los equipos en el proceso de extracción.
Enseguida se pasa a un sistema de alcalinización para neutralizarlo y así evitar pérdidas por inversión de sacarosa en el proceso. Este proceso se lleva a cabo en un tanque con una agitación inducida y mecánica para poner en contacto el jugo con la cal. Una vez alcalizado el jugo a un pH neutro de 7.2, pasa a un sistema de calentamiento para elevar la temperatura de este y ayudar a que la reacción del calcio y el azufre sea más efectiva en la producción de flóculos. Cuando ya se calienta el jugo a una temperatura mínima de 102 °C, pasa a un clarificador donde se realiza por medio de decantación, la separación del lodo con el jugo por la diferencia de densidades.
Los lodos son regresados al sistema de clarificación del difusor para extraerles la mayor cantidad de azúcar posible antes de sacarlos del proceso. El jugo clarificado pasa al sistema de evaporación para su concentración y uso en la cristalización.
Este proceso de purificación que tiene como finalidad:
Neutralizar el jugo.
Eliminar las impurezas en suspensión.
Eliminar parte de las impurezas disueltas y en estado coloidal.
Y obtener un jugo claro color ámbar libre de impurezas y así garantizar una azúcar de
25 EQUIPOS PRINCIPALES UTILIZADOS EN ESTE ETAPA DE PROCESO:
Calentadores:
Consiste en un haz de tubos de cobre de 35 – 40 mm de diámetro (fig. 2.6) soportados por placas de acero contenidas en un envolvente cilíndrico, que constituye el cuerpo exterior del aparato. Por los tubos se hace circular el jugo y por la parte exterior de ellos el vapor, que trasfiere calor al jugo.
Clarificador:
27 Filtros de Cachaza:
Son equipos destinados a recuperar jugos que contienen los sedimentos extraídos del
28 Eficiencia del proceso:
Se juzga por la apariencia visual del jugo por el ph de éste y por la claridad medida en mm Kopke.
En la cachaza siempre queda retenida, residualmente cierta cantidad de sacarosa; esto constituye una perdida que generalmente representa 0.5% del total de la sacarosa contenido originalmente en la caña.
Cantidad de cachaza promedio: 3 -5 %
Composición: Sólidos 20 -25%
Sacarosa 2 -4 %
29 2.7.3 CONCENTRACION DEL JUGO POR EVAPORACION
El objetivo de este proceso es evaporar la mayor cantidad posible de agua del jugo) con un mínimo consumo de energía (vapor). Se realiza en evaporadores a múltiple efecto (figura 2.12). Que consiste en varios evaporadores, operando en serie. Cada evaporador individual se denomina vaso, cuerpo o efecto, indistintamente.
Cada vaso tiene un haz de tubos de cobre situados verticalmente (calandria) soportado por dos placas de acero inoxidable y contenido en un envolvente cilíndrico. Sobre la calandria se proyecta, integralmente un cilindro vertical, llamado cámara de evaporación. Por el interior de los tubos circula el jugo y por el exterior el vapor.
Al primer efecto se le aplica vapor de presión de 14 libras/pul., el cual transfiere su calor latente al jugo, provocando evaporación de una parte equivalente de agua. Todo está dispuesto de manera tal que los vapores procedentes del jugo del primer vaso sirvan para evaporar otra cantidad equivalente del propio jugo en el segundo vaso y así sucesivamente. De ellos se deriva la economía del vapor, que es la razón de existir de este aparato.
30 Eficiencia del proceso:
31 2.2.4 CRISTALIZACION DEL AZÚCAR
La cristalización es un proceso donde se forman partículas sólidas a partir de una fase homogénea. en la cristalización la solución se concentra y se enfría hasta que la concentración del soluto es superior a su solubilidad a esta temperatura, el soluto de la solución forma cristales y el equilibrio se alcanza cuando la solución o licor madre está saturado.
Cuando una disolución de sacarosa tenga o no impurezas se concentra hasta un punto de sobresaturación; las moléculas de sacarosa dispersas en el solvente se reagrupan ordenadamente, constituyendo cristales de forma geométrica definida.
Se cristaliza tanta azúcar como sea necesaria para que la solución quede totalmente saturada.
Ejemplo:
Según las tablas de solubilidad de la sacarosa, a una temperatura de 70°C, una solución está saturada cuando se han disuelto 320.5 gramos de sacarosa en 100 gramos de agua. Si esta agua se evapora hasta reducirla a 50 gramos, entonces la disolución quedará sobresaturada y deberán cristalizar 160.25 gramos de sacarosa, para que la solución recupere el estado de equilibrio, es decir de saturación.
De igual modo, cuando una disolución saturada se enfría, adquiere un estado de sobresaturación que provocará cristalización de una parte del azúcar disuelto.
Ejemplo: si la disolución del caso anterior se enfría hasta 40°C ocurrirá lo siguiente:
Sacarosa Agua
Disolución saturada a 70°C 320.5 100 gr.
Disolución saturada a 40°C 238.1 100 gr.
32 CRISTALIZACIÓN
Cristalización se lleva a cabo, utilizando el sistema de tres templas “A’’, “B” y “C’’.
La meladura es alimentada a los tachos, que son como evaporadores a simple efecto, donde se concentra hasta un alto grado de sobresaturación. De este modo, la sacarosa cristaliza y queda aislada de las impurezas, que permanecen disueltas, haciendo posible su separación en las centrifugas.
33 Es así como se estructura los sistemas de masa cocidas:
La templa de “A’’ o masa cocida es realizada con meladura y semilla de “B” dentro del tacho que es un equipo que trabaja al vacío el cual es producida la templa de una concentración aproximada de 92% de sólidos los cuales son descargados a un porta templas de masa en espera de su centrifugación.
De las mieles obtenidas en la centrifugación de la masa de “A” conocida como miel “A” y semilla “C”, se realiza la templa de “B”, la cual contiene un 94% de sólidos los cuales son descargados a un porta templa de “B” para su purgado.
Para la elaboración de templas de “C”, se utiliza la miel de “B” obtenida de la purga de masa “B” y semilla preparada dentro del ingenio que sirve como cristal madre. La templa obtenida se denomina de “C” y pasa a un sistema de cristalizadores que por medio de tiempo de retención y enfriamiento, se agota a máximo las mieles contenidas dentro de la templa de “C” antes de su purgado.
Como resultado del proceso, el total de materias sólidas contenidas en las meladuras quedan separadas de la siguiente manera:
77 – 80 % en cristal de azúcar comercial
20 -23 % como materias disueltas en la miel final (impurezas y cierta cantidad de sacarosa).
34 2.2.5 CENTRIFUGACIÓN
Es la separación mecánica de un sólido y líquido, a través de una fuerza centrífuga, y se lleva a cabo en un equipo llamado Centrifuga, y en la cual a masa cocida es alimentada al interior del canasto, estando en marcha lenta, el movimiento rotatorio hace que la masa cocida se adhiera a las paredes del canasto. Al aumentar la velocidad de giro, la miel es proyectada hacia afuera, a través de la tela o tamiz, y con agua de lavado, de esta manera quedan retenidos los cristales en el interior del cilindro.
Para la centrifugación de la masa de “A” se cuenta con 7 centrifugas de tipo Batch de diferentes capacidades, 4 de 600 kg/carga y 3 de 1,100 kg/carga de masa las cuales tienen un ciclo de carga y descarga de 3 minutos aproximadamente. Durante ese ciclo, recibe 2 lavados de agua caliente a una temperatura mínima de 85°C y una presión de 6 kg/cm² para obtener una calidad de azúcar libre de miel y que cumpla los parámetros requeridos.
36 2.2.6 SECADO Y ENVASE
Se cuenta con un granulador para el secado de azúcar con capacidad de 30 ton/hr, aquí por medio de la entrada de aire y calentado con vapor a una temperatura de alrededor de 60 a 80°C que se mezcla a contra corriente con la entrada del azúcar húmeda, se logra un secado del azúcar para buscar una humedad de 0.02 a 0.04 %. También a contracorriente pero en el otro extremo de la entrada de aire caliente, se mezcla aire frío a temperatura ambiente para que la salida del azúcar sea menor de 40°C.
El azúcar seca, es enviado a través de un elevador de canjilones que le entrega a una zaranda, la cual consiste en una maya mesh de 8mm y la cual se utiliza para mantener un grano más uniforme y separa aquel fuera de tamaño mayor. Esta azúcar es recibida en una tolva la cual deberá ser de una forma piramidal truncada, provista de conductor vibrador y que alimenta al azúcar y que sirve de compuerta a la vez regulando la alimentación de azúcar de forma automática a las básculas.
Se cuenta con básculas electrónicas tipo dúplex de capacidad de 50 Kg los cuales son recibidos en costales y posteriormente enviado a cualquiera de las tres bodegas para disposición final del producto.
Así mismo se cuenta con un sistema de llenado de supersaco de 1.4 a 1.2 ton de azúcar.
ALMACENAMIENTO DE AZÚCAR
37 torton o tráiler de diferentes capacidades, los cuales son cargados en el área de la bodega
38 2.2.7 PRODUCCION DE VAPOR
La fibra de la caña, es en general suficiente para que la cantidad de bagazo producido por el molino, se utilice a su vez como combustible en los hornos de las calderas y produzca el vapor necesario para el movimiento de motores y para la fabricación.
Con una fibra de 12 a 14% y una fábrica bien balanceada y bien diseñada, debe quedar un exceso de bagazo (vapor) útil para otros fines.
39 2.2.8 PLANTA DE FUERZA
40 CAPITULO III
3.1 BALANCE GENERAL DE PROCESO
El azúcar es uno de los productos de mayor comercialización a nivel mundial debido a su alta demanda para consumo humano, así como por sus innumerables aplicaciones en los procesos industriales, por ello nace la necesidad de realizar el presente estudio de Ingeniería correspondiente a “Balance de Materiales para Aumento de Capacidad de Ingenio Eldorado” para hacer más eficientes los procesos y generar menores costos de producción, y fue otorgado a Taller Industrial Moreno, con la finalidad de identificar los puntos críticos y oportunidades de mejora, y proponer alternativas para la mayor recuperación de sacarosa, con el aumento de molienda.
El Taller Industrial Moreno, es una empresa que nació con la necesidad de proporcionar servicios de consultoría, maquinado industrial, diseños mecánicos, fabricación, reparación y montaje de equipos de Bombeo, así como equipos industriales (Tanques, equipos de intercambio de calor, tachos etc.
El Taller industrial Moreno se encuentra ubicado el poblado de Costa Rica, sindicatura
del municipio de Culiacán Sinaloa, ubicada al noroeste de México, colinda: al norte con la sindicatura de Las Tapias y la ciudad de Culiacán, al oeste con la ensenada de pabellones, al noroeste con el municipio de Navolato, al sureste con la sindicatura de El Dorado.
Actualmente cuenta con personal de planta operativo calificado y de eventuales que se contratan de acuerdo a los proyectos y trabajos que se presentan.
41 Dentro del organigrama ocupaba el puesto como Ingeniero de Proyectos, cuya función consistía en, llevar a cabo la Ingeniería en conjunto con el Ingeniero Mecánico, además dentro de mis responsabilidades era calcular los costos de mano de obra y materiales necesarios en cada proyecto, programación de actividades de trabajos a realizar, y puesta en marcha los equipos industriales, entre ellos la Ingeniería de “Balance General de Materiales, para aumento de molienda de 3800 a 5,000 ton/día. De Ingenio Eldorado, y que a continuación se detalla.
TERMINOS USADOS EN LA INDUSTRIA AZUCARERA
Para llevar a cabo el balance de Materiales es necesario conocer el significado de algunos términos empleados en la industria azucarera, por lo que se definen a continuación:
BRIX.- Es el porcentaje de sólidos disueltos en solución.
Brix = (Sólidos solubles/sólidos solubles + agua) 100.
POL.- Valor determinado por polarización directa del peso normal de un producto azucarado en 100 ml de solución, clarificado con Subacetato de plomo cuando es necesario, hecha la lectura en un tubo polarimétrico de 200 mm de longitud, y se basa en la medición de la propiedad que tienen las soluciones de sacarosa de hacer girar el plano de polarización de un rayo de luz, siendo este giro proporcional a la cantidad de sacarosa presente en solución.
SACAROSA.- Es el valor determinado por la polarización directa de una solución azucarada en un sacarímetro. Siendo la sacarosa un disacárido producido por la condensación de glucosa y fructosa.
PUREZA.- La pureza de un producto azucarado, es el azúcar que contiene en porciento de la materia sólida.
Pureza = (sacarosa/Brix) *100
JUGO DIFUSADO.- Es el jugo de la caña más el agua de dilución.
AGUA DE IMBIBICION.- Es el agua que se aplica en los molinos al bagazo, diluyendo el jugo, obteniendo así una mayor extracción.
JUGO RESIDUAL.- Es el jugo que sale del último molino.
BAGAZO.- Es el residuo fibroso que se obtiene de la molienda.
FIBRA.- Es la materia seca e insoluble en agua que contiene la caña.
JUGO FILTRADO.- Es el jugo que se extrae de la torta de cachaza en los filtros de cachaza (al vacío).
42 JUGO CLARO.- Es el jugo que sale de los clarificadores.
MELADURA.- Es el jugo concentrado de los evaporadores.
MASA COCIDA O TEMPLA.- Es el jarabe concentrado en el cual ha cristalizado el azúcar.
MIEL.- Es el licor madre que se separa de los cristales en una centrifuga.
T.C.D.- Toneladas de caña por día.
T.C.H.- Toneladas de caña por hora.
Para realizar los balances de materia, se requiere información del contenido de la caña, jugo, meladura, mieles etc. esta información es proporcionada en promedio por el laboratorio cada día.
A continuación SE PRESENTA UN REPORTE DE laboratorio, a partir del cual se elabora el análisis:
Tabla 3.2 Datos analíticos de molinos
MATERIAL PUREZA
Caña 219,298.25Kg/Hr.
Fibra % caña 13.50%
Pol en Caña 12.25 %
Humedad en Bagazo 49.00 %
Sacarosa en Bagazo 1.66 %
Sacarosa en Jugo Mezclado 11.79 %
Brix en jugo Mezclado 14.38 %
Pza. en jugo Residual 72.15 %
% Sólidos No Azucares 2.66 %
Extracción de Pol % Pol en caña 96.30 %
43 Tabla 3.3 Datos analíticos de clarificación
Consumo de cal 1.210 kg/tcm
Pureza de Cal 88
°Be de lechada de cal 5 °Be
Cachaza % caña 3.5 %
Pol en cachaza 1.64 %
Pol en indeterminadas % caña 0.115 %
% retorno J. filtrado caña 8 %
% lodos a filtros % caña 10 %
Temperatura de jugo a tanque flash 105 °C Temperatura del vapor en taque
flash
98 °C
Entalpia de evaporación calor latente del vapor en tanque flash
597.98 Kcal/kg ®
Pureza del jugo claro 82.60
Tabla 3.4 Datos analíticos de Evaporación
MATERIAL Brix PUREZA
Jugo claro 14.32 82.60
44 Tabla 3.5 Datos Analíticos de Cristalización
SÓLIDOS EN MELADURA : 30,861
PUREZA DE MELADURA : 82.60
°BRIX DE LA MELADURA : 64.00
PUREZA TEMPLA DE "C" : 56.00
°BRIX TEMPLA DE "C" : 99.30
PUREZA AZÚCAR "C" : 85.00
°BRIX AZÚCAR "C" 88.00
PUREZA TEMPLA DE "B" : 71.00
°BRIX TEMPLA DE "B" : 95.70
PUREZA AZÚCAR "B" : 91.00
°BRIX AZÚCAR "B" 85.00
PUREZA TEMPLA DE "A" : 85.00
°BRIX TEMPLA DE "A" : 92.60
PUREZA AZÚCAR "A" S/LAVAR : 97.80
HUMEDAD AZÚCAR LAVADA : 4.00
HUMEDAD AZÚCAR SECA : 0.03
PUREZA AZÚCAR "A" SECA : 99.57
PUREZA LAVADO "A" : 80.00
°BRIX LAVADO "A" : 80.00
PUREZA MIEL "A" : 70.00
°BRIX MIEL "A" : 80.00
PUREZA MIEL "B" : 53.00
°BRIX MIEL "B" : 80.00
PUREZA MIEL FINAL : 36.00
POL EN MIEL FINAL 33.12
°BRIX MIEL FINAL : 92.00
POL EN CAÑA : 12.25
PUREZA DE SEMILLAMIENTO 79.64
PERDIDAS DE POL EN MIEL FINAL 1.352
45 3.2: Balance de Materiales en Extracción
CONSIDERACIONES:
El balance de materiales se realizó para la cantidad de molienda instalada del ingenio que es de 5,000 TCD
El balance se realiza por el método de fibra sacarosa directa, y se realiza un análisis a la caña desfibrada que sale del segundo juego de cuchillas cuyo resultado proviene del laboratorio y tiene un valor de: 13.50% fibra en caña.
Entonces se tiene lo siguiente:
Caña + agua = jugo mezclado + bagazo
NOTA: Los cálculos se hacen sobre la base de 100 partes de caña. Para el cálculo del bagazo es necesario conocer fibra % bagazo, fibra analizada % caña.
Donde se tiene:
Caña: 219,298 kg/hr
Agua = 25% molinos y 75 % difusor
Bagazo = se desconoce
A CONTINUACIÓN SE DESCRIBEN LAS ECUACIONES UTLIZADAS EN LA INDUSTRIA AZUCARERA PARA REALIZAR LOS BALANCES DE EXTRACCION:
EC. 1.- % sólidos disueltos en bagazo = (Pol % bagazo / Pza. jugo residual) * 100
EC. 2.- Fibra % bagazo = 100 – (humedad +% sólidos bagazo disueltos)
EC. 3.- Kg/ hr de Bagazo producido = (kg/hr de caña molida * fibra % caña) / Fibra % bagazo
EC. 4.- Bagazo % caña = ((kg/hr de bagazo producido)/(kg/hr de caña molida por hora)) * 100
EC. 5.- Kg/hr de Bagacillo a filtros = (kg/hr de caña molida * % bagacillo % caña) / 100
EC. 6.- Kg/hr de Bagazo a Calderas = kg/hr de bagazo producido – kg / hr de bagacillo a filtros
EC. 7.- Kg/hr de agua imbibición = kg/hr caña molida + kg / hr de bagazo a cald.) – kg /hr de J. Mezclado.
EC. 8.- Kg/Hr. De fibra en caña = (Kg/Hr. De caña molida * Fibra % caña) * 100
46 EC. 10.- imbibición % caña = (kg/hr de agua de imbibición/ Kg/Hr. De caña molida) * 100
EC. 11.- Kg/hr de sacarosa en caña = (kg/hr de caña * % Pol caña) / 100
EC. 12.- Kg/hr de sacarosa en bagazo = kg/hr de bagazo * Pol de bagazo) / 100
EC. 13.- Kg/hr de sacarosa en jugo mezclado = kg/hr de sacarosa en caña - sacarosa en bagazo)
EC. 14.- Pza. = sacarosa / Brix
EC. 15.- Kg/hr de sólidos en Jgo mezclado = kg/hr de sacarosa en J. mezclado/ pza. de jugo mezclado) *100
EC. 16.- % sólidos No azucares = Brix jugo mezclado – Pol Jugo mezclado
EC. 17.- Kg/hr Ton miel final a 85 °Brix Teórico = ((% Extracc. J. mezclado/100) * % Sólidos No azucares
EC. 18.- Kg/hr de Sólidos totales en bagazo = (Kg/hr de bagazo * % Sólidos disueltos Bagazo) / 100
EC. 19.- Kg/hr de Sólidos totales en caña = Kg/hr sólidos en jugo mezclado + kg/hr de sólido bagazo
EC. 20.- Kg/hr de Jugo absoluto = Kg/hr caña molida - kg/hr de fibra
EC. 21.- Brix de Jugo Absoluto = Kg / hr de sólidos en caña / Kg / hr de jugo Absoluto) * 100
EC. 22.- Pureza de Jugo Absoluto = (Kg/hr de sacarosa en caña / kg/hr de sólidos en caña) * 100
EC. 23.- Pol de Jugo Absoluto = Pza. de jugo absoluto * Brix de jugo Absoluto) * 100
EC. 24.- Kg/hr de agua en caña =kg/hr jugo absoluto – kg/ hr sólidos totales caña
EC. 25.- Humedad % caña = Kg/hr agua en caña / kg/hr jugo mezclado
EC. 26.- Kg/ hr agua en jugo mezclado = Kg/hr Jugo mezclado – kg/hr sólidos totales j. mezclado
EC. 27.- Kg/hr agua bagazo = (kg/hr agua en caña + kg/hr agua imbibición) – Kg/ hr agua J. mezclado
EC. 28.- Comprobación de humedad en bagazo = (kg/hr de agua bagazo / kg/hr de agua imbibición) * 100
47 A CONTINUACIÓN SE PRESENTAN LOS BALANCES UTILIZANDO LAS ECUACIONES ANTERIORES:
% sólidos disueltos en bagazo = (Pol % bagazo / Pza. jugo residual) * 100
= (1.66/72.15) * 100
= 2.30 kg/hr
Fibra % bagazo = 100 – (humedad +% sólidos bagazo disueltos)
= 100 – (49 +2.30)
= 48.70 %
Kg/ hr de Bagazo producido = (kg/hr de caña molida * fibra % caña) / Fibra % bagazo
= 219,298.25 * 13.50) / 48.70
= 60,792.05 kg / Hr.
Bagazo % caña = ((kg/hr de bagazo producido)/(kg/hr de caña molida por hora)) * 100
= (60,792.05/219,298) * 100
= 27.72%
Kg/hr de Bagacillo a filtros = (kg/hr de caña molida * % bagacillo % caña) / 100
= (219,298.25 * .4) / 100
= 877.19 kg/ hr 14.62 kg/min
Kg/hr de Bagazo a Calderas = kg/hr de bagazo producido – kg / hr de bagacillo a filtros
= 60,792.05 – 877.19
= 59,915.00 kg/ hr
Kg/hr de agua imbibición = kg/hr caña molida + kg / hr de bagazo a cald.) – kg /hr de J. mezclado
= (219,298.25 + 60,792.05) – 219,298.25
= 60,792.05 kg/ hr
Kg/Hr. De fibra en caña = (Kg/Hr. De caña molida * Fibra % caña) * 100
48 = 205.34 Kg/Hr.
Imbibición % fibra = (kg/hr de agua de imbibición/ kg / hr de fibra producida) * 100
= (60,792.05 kg/hr. / 29,605.26 Kg/Hr.) * 100
= 205.34 %
Imbibición % caña = (kg/hr de agua de imbibición/ Kg/Hr. De caña molida) * 100
= (60,792.05 kg/hr / 219,298.25 Kg/Hr.) * 100
= 27.72 %
Kg/hr de sacarosa en caña = (kg/hr de caña * % Pol caña) / 100
= (219,298.25 kg/hr * 12.25 %) /100
= 26,864.00 kg/ hr
Kg/hr de sacarosa en bagazo = kg/hr de bagazo * Pol de bagazo) / 100
= (60,792 kg/hr * 1.66% ) / 100
= 1,009.15 kg/hr
Kg/hr de sacarosa en jugo mezclado = kg/hr de sacarosa en caña - sacarosa en bagazo)
= (26,864.00 kg/hr – 1,009.15 kg/hr)
= 25,854.89 kg/hr
Pza. = sacarosa / Brix se deduce que
Kg/hr de sólidos en Jgo mezclado = kg/hr de sacarosa en J. mezclado/ pza.de jugo mezclado) *100
= (25,854.89 kg7hr / 82%) * 100
= 31,530.35 kg/hr
% sólidos No azucares = Brix jugo mezclado – Pol Jugo mezclado
= 14.38 – 11.79
= 2.59 %
Kg/hr Ton miel final a 85 °Brix Teórico = ((% Extracc. J. mezclado/100) * % Sólidos No azucares *
49 = ((100/ 100) * 2.59 * 1.4) / 85) *100
= 42.63 %
Kg/hr de Sólidos totales en bagazo = (Kg/hr de bagazo * % Sólidos disueltos Bagazo) / 100
= (60,792kg/hr * 2.30%) / 100
= 1,398.22 Kg / hr
Kg/hr de Sólidos totales en caña = Kg/hr sólidos en jugo mezclado + kg/hr de sólido bagazo
= 31,530.32 kg/hr + 1,398.22 kg/hr
= 32,929 Kg/hr
Kg/hr de Jugo absoluto = Kg/hr caña molida - kg/hr de fibra
= 219,298.25 kg / hr + 29,605.26 kg/hr
= 189,693 Kg/hr
Brix de Jugo Absoluto = Kg / hr de sólidos en caña / Kg / hr de jugo Absoluto) * 100
= 32,929 / 189,693
= 17.36 °Brix
Pureza de Jugo Absoluto = (Kg/hr de sacarosa en caña / kg/hr de sólidos en caña) * 100
= 26,864.04 / 32,929.03
= 81.58 pza.
Pol de Jugo Absoluto = Pza.de jugo absoluto * Brix de jugo Absoluto) * 100
= 81.58 * 17.36
= 14.16
Kg/hr de agua en caña = kg/hr jugo absoluto – kg/ hr sólidos totales caña
= 189,693 kg/Hr. - 32,929.03 kg/Hr.
= 156, 764 kg/Hr.
Humedad % caña = Kg/hr agua en caña / kg/hr jugo mezclado
50 = 71.48 %
Kg/ hr agua en jugo mezclado = Kg/hr Jugo mezclado – kg/hr sólidos totales j. mezclado
= 219,298.25 kg/hr – 31,530.35 kg/hr
= 187,768 kg/hr
Kg/hr agua bagazo = (kg/hr agua en caña + kg/hr agua imbibición) – Kg/ hr agua J. mezclado
= (156,764 kg/hr + 60,792 kg/hr) - 187,768 kg/hr
= 29,788 kg/hr
Comprobación de humedad en bagazo = (kg/hr de agua bagazo / kg/hr de agua imbibición) * 100
= 29,788 kg/ hr / 60,792 kg7hr) * 100
= 49 %
Pérdidas Pol en bagazo% caña = (kg/ hr sacarosa en bagazo / kg/hr caña molida por hora) * 100
= (1,009.15 kg/hr /219,298 kg/ hr) * 100
= 0.46 %
TABLA 3.6 : VERIFICACION DEL BALANCE DE EXTRACCIÓN:
ENTRADAS SALIDAS
Agua en caña 156,763.95 Agua J. mezclado 187,768
Fibra en caña 29,605.26 Sólidos Tot. Jgo. Mezclado 31,530
Sólidos disueltos en caña 32,929.03 Agua en Bagazo 29,788
Agua de imbibición 60,792.05 Fibra en caña 29,605
51 Kg/hr agua molinos = (kg/ hr agua imbibición * % agua molinos) / 100
= (60,792 kg/ hr * 25.75 %) / 100
= 15,654 kg / hr
Kg/hr agua Difusor = (kg/hr agua imbibición * % agua difusor) / 100
= (60,792 kg/hr * 74.25 %) / 100
= 45,138 kg / hr
G.P.M. de agua imbibición = (60, 792.05 * 1) / (3.79 * 60) = 268 G.P.M.
G.P.M. de jugo mezclado = 219,298.25 / (1.0637 *3.785 *60) = 908 G.P.M.
Extracción Pol % Pol = ((kg/ hr de sacarosa en jugo mezclado) / (kg / hr de sacarosa en caña) )* 100
52 3.3 BALANCE DE MATERIALES EN CLARIFICACION
Para efecto de cálculo se considera que el agua que se agrega en los filtros de cachaza es igual al agua evaporada en el tanque flash.
El jugo sale de los calentadores a 105 °C y flashea a 98 °C (por ser un tanque abierto a la atmosfera).
Por lo tanto tenemos que en tanque de jugo alcalizado se lleva a cabo el siguiente balance:
A CONTINUACION SE DESCRIBEN LAS ECUACIONES UTLIZADAS EN LA INDUSTRIA AZUCARERA PARA REALIZAR LOS BALANCES DE CLARIFICACION:
EC. 31.- Jugo alcalizado = jugo mezclado + jugo filtrado + lechada de cal.
EC. 32.- Kg/hr de cal hidratada = (caña molida * kg cal / ton caña) / pza. Cal
EC. 33.- Kg/hr de cal hidratada = (kg cal hidratada / °Be) * 100
EC. 34.- kG/hr de jugo filtrado = (jugo mezclado * % retorno jugo filtrado % caña) / 100
EC. 35.- Volumen de jugo filtrado = kg/ hr de jugo filtrado / densidad
EC. 36.- Kg / hr de jugo alcalizado = kg/hr de jugo mezclado + kg/hr de lechada de cal + kg/hr de j. filtrado
EC. 37.- W1 = W2 + W3
EC. 38.- H1W1 = H2W2 + H3W3
EC. 39.- W3 = W1 (H1 – H2) / H3 – H4)
EC. 40.- W2 = W1 – W3
BALANCE DE MATERIALES EN EL CLARIFICADOR
En el clarificador se efectúa el siguiente balance:
EC. 41.- Jugo claro = jugo alcalizado a 98 °C – cachaza líquida
EC. 42.- Kg/ hr de lodos a filtros = (caña molida * % lodos % caña) /100
53 BALANCE DE MATERIALES EN LOS FILTROS DE CACHAZA
En los filtros de cachaza se tiene el siguiente balance:
EC. 44.- Agua + cachaza + bagacillo = jugo filtrado + lodos
EC. 45.- Kg/hr de bagacillo a filtros = (caña molida * % bagacillo % caña) / 100
EC. 46.- Kg/hr de cachaza = (caña molida * cachaza % caña) / 100
EC. 47.- Kg/hr de agua lavado a filtros = kg/hr jugo a filtros + kg/hr de cachaza –kg/hr lodo filtro – kg/hr Bagacillo a filtros
EC. 48.- Jugo mezclado + lechada de cal + bagacillo + agua = jugo claro + cachaza + vapor de agua
BALANCE DE SACAROSA EN CLARIFICACION
EC. 49.- Kg/hr de sacarosa en bagacillo = (kg/ hr de bagacillo a filtros * % sacarosa bagacillo) / 100
EC. 50.- Kg/hr de sacarosa en cachaza = (kg/ hr de sacarosa cachaza * % Pol en cachaza) / 100
EC. 51.- Pol cachaza % caña = (kg/ hr de sacarosa cachaza/ caña molida) *100
EC. 52.- Sacarosa en indeterminadas = (caña molida * Pol indeterminadas % caña) / 100
EC. 53.- Kg/hr sacarosa en jugo Claro = kg/hr sacarosa jugo mezclado + sacarosa en bagacillo – (sacarosa Cachaza + sacarosa indeterminadas)
EC. 54.- Kg/hr jugo claro = kg/hr de jugo alcalizado – kg/hr de lodos a filtros
EC. 556- Sólidos en jugo claro = (sacarosa en jugo claro / pza. jugo claro) * 100
EC. 57.- Kg/hr sólidos en bagacillo = kg/hr de sacarosa bagacillo / pza. jugo residual) * 100
EC. 58.- Kg/hr en sólidos indeterminados = (kg/hr sacarosa en indeterminados / pza. de jugo claro) * 100
EC. 59.- Kg/hr de sólidos en cachaza = sólidos jugo mezclado +kg/Hr. de cal hidratada +k g/hr de sólidos en
EC. 60.- bagacillo – (sólidos en jugo claro kg/Hr. + kg/Hr. sólidos en indeterminados)
EC. 61.- Extracción de jugo claro = (kg/hr jugo claro / caña molida) * 100
54 EC. 63.- Ton sólidos meladura = toneladas de jugo claro
Balance de Clarificación utilizando las ecuaciones anteriores:
Jugo alcalizado = jugo mezclado + jugo filtrado + lechada de cal.
Jugo mezclado = 219,298.25 kg/hr
Kg/hr de cal hidratada = (caña molida * kg cal / ton caña) / pza. Cal
= (219,298.25 kg/hr * 1.21 kg / 1000 kg) / 88 * 100
= 301.54 kg
Kg/hr de cal hidratada = (kg cal hidratada / °Be) * 100
= (301.54 kg / 9) * 100
= 3,350.44 kg /hr
Volumen de lechada de cal = 3,350.55 kg/ hr / (1.0283 * 3.785 * 60)
= 14.35 G.P.M.
Kg/hr de jugo filtrado = (jugo mezclado * % retorno jugo filtrado % caña) / 100
= (219,298.25 *8) / 100
= 17,543.83 kg / hr
Volumen de jugo filtrado = kg/ hr de jugo filtrado / densidad
= 17,543.83 / (1.0530 * 3.785 * 60)
= 73.36 G.P.M.
Kg / hr de jugo alcalizado = kg/hr de jugo mezclado + kg/hr de lechada de cal + kg/hr de j. filtrado
= 219,298.25 kg/hr + 3,350.39 kg/hr + 17, 544kg/hr
= 240,192.64 kg/ hr
BALANCE DE MATERIALES EN EL TANQUE FLASH
La cantidad de vapor de agua que sale del tanque flash es el siguiente:
55 W2 = jugo alcalizado a 98 °C, en kg/hr
W3 = vapor de flasheo a 98 °C, en kg/hr
H1 = entalpía del líquido a 105 °C, en kcal / kg
H2 = entalpía del líquido a 98°C en kcal / kg
H3 = entalpia del vapor a 98 °C, en kcal/ kg
Por lo tanto tenemos el siguiente balance:
W1 = W2 + W3
H1W1 = H2W2 + H3W3
Resolviendo el sistema de ecuaciones tenemos:
W3 = W1 (H1 – H2) / H3 – H4)
W3 = 240,192.64 kg/ hr (105.0 kcal / kg – 98 kcal / kg) / 546 kcal/ kg
W3 = 2,811.69 kg / hr de agua evaporada
W2 = W1 – W3 = (240,192.64 kg/ hr)–(2,811.69 kg/hr)
W2 = 237,381.95 kg/ hr
BALANCE DE MATERIALES EN EL CLARIFICADOR
En el clarificador se efectúa el siguiente balance:
Jugo claro = jugo alcalizado a 98 °C – cachaza líquida
Kg/ hr de lodos a filtros = (caña molida * % lodos % caña) /100
= (219,298.25kg/hr *10%) / 100
= 21,930.85 kg/hr
Por lo tanto:
Kg/hr jugo claro = kg/hr de jugo alcalizado – kg/hr de lodos a filtros
= 237,380.81 kg/hr – 21,929.82 kg/hr
56 BALANCE DE MATERIALES EN LOS FILTROS DE CACHAZA
En los filtros de cachaza se tiene el siguiente balance:
Agua + cachaza + bagacillo = jugo filtrado + lodos
Kg/hr de bagacillo a filtros = (caña molida * % bagacillo % caña) / 100
= (219,298.25 kg/hr * 0.40%) / 100
= 877 kg / hr
Kg/hr de cachaza = (caña molida * cachaza % caña) / 100
= (219,298.25 kg/hr * 3.50 %)/ 100
= 7,675.43 kg /hr
Kg/hr de agua lavado a filtros = kg/hr jugo a filtros + kg/hr de cachaza –kg/hr lodo filtro - kg/hr
Bagacillo a filtros
= 17,543.86 kg/Hr.+7,675 kg/Hr. – 21,930kg/Hr. – 877kg/Hr.
= 2,412.30 kg / Hr.
= 2,412.30 kg/Hr. / (1*3.785*60)
= 10.622 G.P.M.
El BALANCE DE MATERIALES EN CLARIFICACION SE RESUME COMO SIGUE:
Jugo mezclado + lechada de cal + bagacillo + agua = jugo claro + cachaza + vapor de agua
219,298.25 + 3,350.39 + 877 + 2,412.30 = 215,451 + 7,675.43 + 2,811.69
225,938kg/hr = 225,938 kg/hr
BALANCE DE SACAROSA EN CLARIFICACION
Kg/hr de sacarosa en bagacillo = (kg/ hr de bagacillo a filtros * % sacarosa bagacillo) / 100
= (877.19 kg/hr * 1.66%) / 100
= 14.56 kg/hr
Kg/hr de sacarosa en cachaza = (kg/ hr de sacarosa cachaza * % Pol en cachaza) / 100
