DISEÑO DE PLANTA PARA LA FABRICACION DE AZUCAR DE CAÑA
JUAN SEBASTIAN LOSADA
LUIS GERARDO ORJUELA
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
FACULTAD DE INGENIERIA AGRONOMICA
PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
DISEÑO DE PLANTA
IBAGUE
DISEÑO DE PLANTA DE PARA LA FABRICACION DE AZUCAR DE CAÑA
JUAN SEBASTIAN LOSADA
LUIS GERARDO ORJUELA
Proyecto presentado al Ingeniero: CARLOS ARTURO SANCHEZ
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
FACULTAD DE INGENIERIA AGRONOMICA
PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
DISEÑO DE PLANTA
IBAGUE
1. INTRODUCCION
El azúcar es un disacárido compuesto por glucosa y fructosa que se encuentra principalmente en frutas, vegetales y miel, para la producción de azúcar se utiliza la caña de azúcar (Saccharum officinarum L), la cual es un es una gramínea tropical, un pasto gigante en cuyo tallo se forma y acumula un jugo con alto contenido de sacarosa, compuesto que al ser extraído y cristalizado en el ingenio forma el azúcar.
Un ingenio azucarero es una empresa agroindustrial, la cual se encarga de producir azúcar a partir de diversas materias primas, la más utilizada es la caña de azúcar, aunque también se puede obtener a partir de remolacha, el maíz y el sorgo. Para la producción de azúcar, el jugo que se extrae de la caña pasa por una serie de procesos físico-químicos, tales como molienda, evaporación, cristalización, centrifugación, filtración, entre otros.
La producción de azúcar en Colombia, se da principalmente en la zona del valle del cauca y sus alrededores, ya que esta zona presenta las condiciones ambientales adecuadas para el cultivo de la caña, es por tal motivo que la mayoría de los ingenios colombianos se ubican en esta región.
La caña de azúcar llegó a Cali traída por Sebastián de Belalcázar, quien la cultivó en su estancia de Yumbo. De allí el cultivo se diseminó por la cuenca del río Cauca. Durante la Colonia, la producción de panela, azúcar y mieles fue una tarea artesanal y así permaneció hasta comienzos del Siglo XX, cuando se inauguró una moderna planta en el Ingenio Manuelita. Para 1930 sólo había tres ingenios en el Valle del Cauca: Manuelita, Providencia y Ríopaila; desde esos años la industria azucarera empezó a expandirse en la región hasta completar 22 ingenios.1
Hoy en día Colombia los ingenios azucareros se dedican principalmente a la producción de azúcar y de alcohol carburante; para octubre de 2011 la “producción de azúcar fue de 205.458 TMVC (toneladas métricas de volumen crudo), el consumo nacional aparente (ventas de los ingenios más exportaciones) alcanzo 152.246 TMVC y se exportaron 109.184 TMVC, además la producción de alcohol carburante fue de 33.252 millones de litros.”2
1
www.asocaña.org/publico/historia 2 www.asocaña.org/modules/documentos
JUSTIFICACION
El diseño de una planta para la producción de azúcar se realizó con el fin de
conocer y aplicar los conocimientos adquiridos a través de la carrera de
ingeniería agroindustrial en un campo que cuenta con una amplia gama de
procesos agroindustriales como lo es un ingenio azucarero.
Un ingenio azucarero, es una agroindustria que lleva a cabo procesos como
molienda, evaporación, cristalización, centrifugación, filtración, entre otros, los
cuales son de importancia para el ingeniero agroindustrial, que debe estar en
capacidad de realizar los respectivos balances de masa y energía en cada uno
de estos proceso, también debe buscar una mejora continua en cada proceso
para poder aumentar la productividad y el rendimiento, es aquí donde se hace
útil el valor académico de un ingeniero.
La gran demanda de azúcar que exige el mercado 1’564.939 toneladas por
año
3, es una motivación para realizar este trabajo, ya que en Colombia existen
aproximadamente 13 ingenios azucareros encargados de suplir la demanda
nacional e internacional, la mayoría de los ingenios se encuentran ubicados en
una zona estratégica, el valle de cauca, una zona ideal para el cultivo de caña
de azúcar, en este departamento se encuentran grandes extensiones de tierra
sembradas 193,423 toneladas por año
4, y la industria azucarera proporciona
una fuente de empleo para la mayoría de personas de la región. En el
departamento del Tolima en los últimos años ha aumentado el cultivo de caña
de azúcar teniendo en cuenta que la región es propicia para este cultivo
cumpliendo con requerimientos climáticos y de tierra que representan gran
viabilidad para el desarrollo de esta cadena agroindustrial, este auge de
siembra en el departamento es otra razón para realizar el diseño de una planta
de este tipo, aunque en el departamento no existe un ingenio azucarero, si
puede proyectar para el futuro la creación de este y fomentar el crecimiento
socio-económico del Tolima.
3
http://www.agronet.gov.co/agronetweb/AnalisisEstadisticas/tabid/73/Default.aspx 4 Ibid
DEFINICION
El azúcar es un endulzante de origen natural, sólido, cristalizado, constituido
esencialmente por cristales sueltos de sacarosa, obtenidos a partir de la caña
de azúcar, mediante procedimientos industriales apropiados. Siendo este uno
de los productos más utilizados en la vida diaria, es una fuente de energía
eficiente, económica, pura y a la vez un alimento muy útil. Pocas veces se
consume en forma directa siendo lo usual adicionarlo a otros alimentos para
mejorar su sabor, textura y cuerpo (bebidas, jugos, helados), utilizarlo como
preservante (leche, frutas, jamones) y como mejorador de la apariencia
(panadería, pastelería).
Un ingenio azucarero es el encargado de producir el azúcar, es en este lugar
donde se llevan a cabo las operaciones unitarias que dan como resultado el
azúcar, el proceso de producción de azúcar, como todo proceso industrial,
necesita del control analítico y de ingenieria para conducir de la mejor forma las
diferentes operaciones unitarias, de modo que se asegure la mayor parte del
producto terminado y se reduzcan al máximo las pérdidas. De este modo se
dará a conocer a continuación una descripción de las operaciones de
separación que lleva a cabo este tipo de industria, presentado un diagrama de
flujo del proceso de obtención de azúcar.
Figura 1. Diagrama de flujo para la obtención de azúcar
5
De acuerdo al diagrama de flujo, se dará a conocer de forma general cada
etapa que se presenta en el proceso de obtención de azúcar:
Cosecha. Cortado y recolección de la caña de azúcar.
Almacenaje. Se determina la calidad, el contenido de sacarosa, fibra y nivel de
impurezas. La caña es pesada y lavada.
Picado de la caña. La caña es picada en máquinas especialmente diseñadas
para obtener pequeños trozos.
Molienda. Mediante presión se extrae el jugo de la caña. Se agrega agua
caliente para extraer el máximo de sacarosa que contiene el material fibroso.
Clarificación y refinación. En la clarificación se eleva la temperatura del jugo,
se separa un jugo claro. Es posible también refinarlo y para ello se agrega cal
que ayuda a separar los compuestos insolubles. También suele tratarse con
dióxido de azufre gaseoso para blanquearlo. No todo el azúcar de color blanco
proviene de un proceso de refinado.
Evaporación. Se evapora el agua del jugo y se obtiene una meladura o jarabe
con una concentración aproximada de sólidos solubles del 55 % al 60 %. La
meladura es purificada en un clarificador. La operación es similar a la anterior
para clarificar el jugo filtrado.
Cristalización. De la cristalización se obtienen los cristales (azúcar) y líquido.
Centrifugado. Se separan los cristales del líquido.
Secado y enfriado. La azúcar húmeda es secada en secadoras de aire
caliente en contracorriente y luego enfriada en enfriadores de aire frío en
contracorriente.
UBICACIÓN
La determinación de ubicación de planta es una tarea difícil para los ingenieros
debido a la permanente toma de decisiones que se enfrentan, es por ello que el
estudio debe ser minucioso y acertado lo que conlleva a beneficios, costos y
problemas generados por esta decisión. Como primera medida de inicio de
este estudio se determina la macrolocalización de la planta teniendo en cuenta
criterios objetivos que de una manera cuantitativa y cualitativa evalúan la
probabilidad de ubicación.
Macrolocalización
El valle del cauca es la región ideal para el cultivo de la caña de azúcar esto
gracias a sus características climáticas, precipitación y calidad de suelos que
hacen de esta una de las regiones únicas donde el cultivo es permanente, es
por ello que la planta azucarera se ubicara en dicha región, teniendo en cuenta
criterios que soporten la decisión y justifiquen de una manera clara las razones
de localización.
La región está comprendida desde el norte del departamento del cauca
atravesando el valle del cauca y culminando en el sur de Risaralda, en esta
región hay 218.311 hectáreas sembradas en caña para azúcar, de las cuales,
el 24% corresponde a tierras propias de los ingenios y el restante 76% a más
de 2.000 cultivadores de caña. Dichos cultivadores abastecen a los 13 ingenios
que se encuentran distribuidos por toda la región
6, cada una de las cuatro
alternativas fueron elegidas en base a la concentración de ingenios ubicados
en cada sector de la región, como también territorios de alta proyección y
desarrollo que granticen de diferentes maneras la permanencia de una nueva
industria azucarera.
Alternativas de ubicación.
Zarzal (Valle del Cauca): Municipio que en los últimos años ha aumentado su
potencial en la agroindustria de la caña teniendo en cuenta el crecimiento de
cultivos y producción de caña azucarera se convierte en una alternativa de gran
viabilidad de inversión y asi mismo desarrollo regional.
El cerrito (Valle del Cauca): Aunque el cerrito cuenta con grandes extensiones
de tierra dedicadas a la producción de caña la razón por la que se define como
una alternativa es la baja concentración de ingenios azucareros actualmente y
de la misma manera la gran cantidad de recursos de tierra e hídricos que
hacen de este una gran alternativa de inversión.
Jamundí (Valle del Cauca): Actualmente el municipio de Jamundi cuenta con
un porcentaje de área sembrada de caña azucarera menor al que tienen otros
municipios esto debido a que no se ha extendido en gran magnitud pero con
proyecciones a futuro de alto crecimiento y también cuenta con el mayor
recurso hídrico de la región contando con siete vertientes hídricas de alto
caudal y disponibilidad de agua.
Puerto tejada (cauca): Municipio ubicado al norte del departamento del cauca
con aproximadamente 8000 ha de caña sembradas
7siendo uno de los
municipios del Cauca con mayor producción mensual de caña para el sector
azucarero, este municipio abastece el ingenio Cauca y la cabaña los cuales
son de gran magnitud, el potencial de materia prima en esta región del norte
del Cauca es alta permitiendo una seguridad de materia prima para la planta.
Criterios de ubicación
Para la determinación de la región de ubicación de la planta de producción de
azúcar se tendrán en cuenta cuatro criterios de ubicación los cuales se
introducen en una matriz de toma de decisiones la cual determina de una
manera clara y objetiva la mejor ubicación teniendo en cuenta la participación
de cada uno de los factores o criterios de localización.
Materia Prima: La disponibilidad de materia prima será evaluada por las
hectáreas de caña de azúcar sembradas en cada una de las regiones, este
criterio es de gran importancia debido a que los rendimientos de azúcar a partir
de caña están alrededor del 11%
8lo que indica que se necesita grandes
cantidades de materia prima y así mismo el abastecimiento debe ser constante
y seguro para no permitir irregularidades en la producción.
Transporte: El costeo de fletes aumenta dependiendo de la distancia entre el
puerto de buenaventura y la alternativa es por ello que este criterio elegirá el
costo más viable que permita junto con los demás criterios el mayor beneficio
para la organización.
Costo de terreno: El coste de oportunidad determinara si es mejor un costo
más bajo por menos hectáreas. Según asocaña la calidad del terreno de toda
la región del valle del cauca no es muy diferencial, el único motivo por el cual
aumenta los costos de terreno es el nivel de demanda en cada una de las
alternativas por ello este criterio juega un papel importante en el proceso de
toma de decisiones.
Disponibilidad de agua: en el proceso de producción de azúcar el consumo de
agua es alto esto porque en la mayoría de los procesos el agua cumple
diferentes funciones y se hace necesaria una disponibilidad alta de este
recurso, en la región del valle del Cauca este rio es el más importante pero
existen otras vertientes que pueden a evidenciar la mejor alternativa de
ubicación.
7
http://www.minambiente.gov.co/documentos/GUIA_~1A.PDF 8 http://www.procaña.org
Proceso de toma decisiones
Árbol jerárquico de toma de decisiones.
Matriz de toma de decisiones aplicada a criterios
Materia prima Transporte valor del terreno agua
Materia Prima 1/1 6/3 5/3 5/1
Transporte 3/6 1/1 3/4 3/1
valor del terreno 2/5 2/3 1/1 4/1
disponibilidad de agua 1/5 1/3 1/3 1/1
Materia
prima Transporte valor del terreno disponibilidad de agua
Materia Prima 1,0000 2,0000 1,6667 5,0000
Transporte 0,5000 1,0000 0,7500 3,0000
valor del terreno 0,4000 0,6667 1,0000 4,0000 disponibilidad de agua 0,2000 0,3333 0,3333 1,0000
Materia prima Transporte valor del terreno disponibilidad de agua Materia Prima 54,7556 100,3222 97,5093 337,2778
UBICACION DE PLANTA AZUCARERA
MATERIA PRIMA TRANSPORTE COSTO DE
TERRENO DISPONIBILIDAD DE AGUA Zarzal El Cerrito Jamundí Pto Tejada Zarzal El Cerrito Jamundí Pto Tejada Zarzal El Cerrito Jamundí Pto Tejada Zarzal El Cerrito Jamundí Pto Tejada
Transporte 28,1111 51,5056 50,0583 173,1500 valor del terreno 28,8422 52,8370 51,3722 177,6889 disponibilidad de agua 10,4656 19,1741 18,6380 64,4667
Tabla 1. Ponderación de criterios de localización
Matriz de toma de decisiones aplicada en alternativas
Materia Prima
MATERIA PRIMA municipio hectáreas Jamundí 5358 zarzal 8583 Pto tejada 8606 el cerrito 13832Tabla 2. Área sembrada de caña azucarera. Fuente: min. Medio ambiente9
Jamundí Zarzal Puerto Tejada El cerrito
Jamundí 1/1 3/5 3/6 3/6
Zarzal 5/3 1/1 5/5 4/6
Puerto Tejada 6/3 5/5 1/1 4/6
El cerrito 6/3 6/4 6/4 1/1
Jamundí Zarzal Puerto Tejada El cerrito
Jamundí 4,0000 2,4500 2,3500 1,7333
Zarzal 6,6667 4,0000 3,8333 2,8333
Puerto Tejada 7,0000 4,2000 4,0000 3,0000 El cerrito 9,5000 5,7000 5,5000 4,0000
Jamundí Zarzal Puerto Tejada El cerrito Jamundí 65,2500 39,3500 37,7250 27,8583 9 http://www.minambiente.gov.co/documentos/GUIA_~1A.PDF Criterio Ponderación Materia Prima 0,4482 Transporte 0,2301 Mano de obra 0,2361 Servicios 0,0857
Zarzal 107,0833 64,5833 61,9167 45,7222 Puerto Tejada 112,5000 67,8500 65,0500 48,0333 El cerrito 152,5000 91,9750 88,1750 65,1167 Materia prima Municipio Ponderación Jamundí 0,1492 zarzal 0,2449 puerto tejada 0,2572 el cerrito 0,3487
Tabla 3. Ponderación de alternativas en relación a materia prima
Transporte
TRANSPORTE
Municipio Costo de transporte/Tonelada Ponderación
Jamundí $ 45.124,22 0,2244
Zarzal $ 60.779,56 0,3023
Pto Tejada $ 42.975,45 0,2137 El cerrito $ 52.184,47 0,2595
Total $ 201.063,70 1,0000
Tabla 4. Ponderación de alternativas en relación a costo de transporte. Fuente: Fenalce 10
Costo de terreno
Costo del terreno Municipio $ hectarea Jamundí 39.388.020,00 Zarzal 65.000.000,00 Puerto Tejada 60.000.000,00 El cerrito 56.250.000,00
Tabla 5. Costo del terreno. Fuente: Fincas del valle 11
Jamundí Zarzal Puerto Tejada El cerrito
Jamundí 1/1 5/1 5/1 5/3 Zarzal 1/5 1/1 1/2 1/3 Puerto Tejada 1/5 2/1 1/1 1/3 10 http://www.fenalce.org/pagina.php?p_a=98 11 http:// www.fincasdelvalle.com
El cerrito 1/1
Jamundí Zarzal Puerto Tejada El cerrito
Jamundí 1,0000 5,0000 5,0000 1,6667
Zarzal 0,2000 1,0000 0,5000 0,3333
Puerto Tejada 0,2000 2,0000 1,0000 0,3333 El cerrito 0,6000 3,0000 3,0000 1,0000
Jamundí Zarzal Puerto Tejada El cerrito
Jamundí 67,0000 405,0000 285,0000 111,6667 Zarzal 11,4000 69,0000 48,5000 19,0000 Puerto Tejada 16,2000 98,0000 69,0000 27,0000 El cerrito 40,2000 243,0000 171,0000 67,0000
valor del terreno Municipio Ponderación
Jamundí 0,4970 Zarzal 0,0846 Puerto Tejada 0,1203 El cerrito 0,2982
Tabla 6. Ponderación de alternativas en relación a costo del terreno.
Disponibilidad de agua
Disponibilidad de aguas Municipio cantidad de vertientes de aguas
Jamundí
7 (Cauca, Rio Claro, Guachinte, Jamundi, Jordan, Pital y Timba.)
Zarzal 2 (Rio cauca, Rio la paila) Puerto
Tejada 5 (Cauca, desbaratado, guengue, palo y paila) El cerrito 4 (Amaime, Cauca, Cerrito y Sabaletas)
Tabla 7. Ríos de regiones azucareras. Fuente: 121314
12 http://www.valledelcauca.gov.co/publicaciones.php?id=39 13 http://www.camaratulua.org/modulos.php?mod=content&fnc=viewi&id=23 14 http://www.amunorca.gov.co/municipios/Pueto%20tejada.html
Solución de matriz algebraica
Materia prima Transporte Mano de obra Servicios
Jamundí 0,1492 0,2244 0,4970 0,3659 0,4602 Materia Prima 0,5690 Jamundí
Zarzal 0,2449 0,3023 0,0846 0,1084 0,2523 Transporte 0,1868 Zarzal
Puerto Tejada 0,2572 0,2137 0,1203 0,2879 0,2126 Mano de obra 0,1869 Puerto Tejada El cerrito 0,3487 0,2595 0,2982 0,2378 0,0748 Servicios 0,0856 El cerrito
1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000
Relación beneficio/costo
Costo / m2 Costo Normalizado Relación Beneficio/Costo
1. Jamundí 3939 0,1785 3,1874
2. Zarzal 6500 0,2946 0,6340
3. Puerto Tejada 6000 0,2719 0,6874
4. El cerrito 5625 0,2549 0,3359
22064 1,0000
DIAGRAMAS DE FLUJO
DIAGRAMA DE FLUJO DE CAJAS
RECEPCION DE LA MATERIA PRIMA MOLIDO CLARIFICACION EVAPORACION CRISTALIZACION CENTRIFUGACIÓN SECADO ALMACENAMIENTO
BALANCE DE MATERIA
1. BALANCE DE MASA 1.1. Molienda
Balance de masa en trapiches
El proceso de elaboración de azúcar a partir de caña azucarera inicia con la recepción, muestreo y peso de la caña la cual luego de ser autorizada es llevada hacia las picadoras que la dividen en varios segmentos para poder extraer el jugo de una mejor manera, también es pasada por una banda con imanes para eliminar la mayor cantidad de impurezas presentes en la materia prima. Posteriormente la caña es pasada a el trapiche de capacidad para procesar 6 toneladas de caña hora, de igual manera se ingresa agua (agua de imbibición) al sistema para que esta arrastre la mayor cantidad de sacarosa y se logre una mejor purificación.
Caña; C = 4500 Kg/h Agua; A= 1500 Kg/h Bagazo; Bg = 1350 Kg/h Jugo mixto; Jm = 4650 Kg/h C + A =Jm +Bg 1.2. Calentamiento I
Balance de masa en calentadores
Debido a que el jugo mixto necesita un aumento de temperatura este es pasado a través de un calentador que lo lleva hasta una temperatura entre 70-75ºC la cual permita una alta eficiencia en las operaciones posteriores.
Jugo mixto frio ; Jmf = 4650 Kg/h
T= 30ºC
Jugo mixto caliente; Jmc =4650 Kg/h T= 71ºC Vapor sobrecalentado; Vs Condensado de vapor; Vc Jm + Vs = Jmc + Vc 1.3. Mezclado
Balance de masa en tanque de mezcla
Cuando el jugo mixto llega a los 75°C este es mezclado con el jugo filtrado proveniente de los filtros de lodo donde se hizo la extracción de la cachaza, se puede entender como una corriente recirculada.
Jugo mixto caliente; Jmc =4650Kg/h Jugo filtrado; Jf = 744 Kg/h Jugo mezclado; Jm = 5394 Kg/h Jm + Jf = Jmx 1.4. Encalado
Balance de masa en el encalado
El jugo mezclado posee un sin número de impurezas que deben ser retiradas antes de la cristalización para así obtener un producto limpio. Mediante un procedimiento de preparación de una lechada de cal el cual se refiere a cal hidratada este será mezclado con la corriente de jugo mezclado proveniente del mezclador el % de lechada de cal será equivalente al 2% con una concentración de cal de 60%.
Jugo mezclado; Jm =5394 Kg/h Lechada de cal; CaO= 108 Kg/h Jugo encalado; JCa= 5502 kg/h Jmx + CaO = JCa 1.5. Calentamiento II
Balance de masa en calentadores
Antes de realizar la precipitación de impurezas el jugo debe entrar con una temperatura superior a los 100°C, lo que aumentara el % de extracción en el flash tank y el clarificador, usando vapor caliente el jugo es llevado a esta temperatura.
Jugo encalado; JCa =5507 Kg/h
T = 71°C
Vapor caliente; Vc
Jugo caliente encalado; JCax = 5507 Kg/h
T= 105°C
Condensado; Vc
JCa + Vs = JCax + Vc
1.6. Clarificación
El proceso de clarificación del jugo comprende dos etapas primero es pasado por un tanque de venteo donde se produce una autoevaporación por disminución de la presión, luego el líquido restante se lleva al clarificador donde por decantación provocada
mediante la adición de polímeros se separa de las impurezas, el lodo restante es llevado a un filtro de lodo donde se retira la cachaza y el sobrenadante de jugo es recirculado al proceso en la operación de mezclado.
Balance de masa en el flas tank
En esta operación se evapora el 2% del agua del jugo
Jcax = Va + Jcm
Balance de masa en el clarificador
El jugo ingresa al tanque de clarificación, antes de esto se le agrega 1000 ppm de un polímero o enzima (carboximetilcelulosa, papaína, peptidasa) el cual se asocia con las impurezas y clarifica, este es preparado con agua en relación 1:1. La operación tiene un porcentaje de extracción del 85%.
Jugo caliente encalado JCax = 5507 Kg/h; T= 105°C
Vapor; Va= 110 Kg/h; T=100°C
Jugo concentrado; Jcm= 5397 Kg/h; T= 100°C
Jugo; Jcm = 5397 Kg/h; T=100°C Polimero; Pl= 10.79 Kg/h; T=40°C; 1000 ppm Jugo clarificado; Jcl= 4596 Kg/h T= 98°C Lodo; Ld = 811.16 Kg/h Jcm + Pl = Ld + Jcl
Balance masa en el filtro de lodos
El lodo obtenido en el tanque es llevado a un filtro (vacío, prensa, carbón activado, microfiltros), en donde se recupera jugo y este es recirculado al sistema. En esta operación se agrega agua caliente a 70°C para solubilizar la sacarosa y llevarla de nuevo al sistema.
Lodo; Ld = 811.16 Kg/h Agua; A= 40.558 Kg/h; T=70°C Cachaza; Ch= 107.72 Kg/h Humedad= 20% Jugo filtrado; Jf= 744 Kg/h Ld + A = Jf + Ch 1.7. Evaporación
La evaporación quizás es una de las principales operaciones unitarias en la industria azucarera en esta se obtiene un jugo concentrado y puro el cual está listo para la obtención de cristales.
Jugo clarificado; Jcl= 4596 Kg/h; X= 16%;T=98°C Jugo concentrado; Jz = 1103 Kg/h X=80% Vapor; Vt= 122 Kg/h Jz1= Vapor Vivo; Vv V1 V2 Jz2 X= 50% Vapor condensado; Vc1 Jz3 X=60% V1 Vc2 Vc3 Balance efecto 1 Jcl + Vv = V1 + Jz2 + Vc1 Consideración: Vv = Vc1 Jcl = V1 + Jz2 Balance parcial Jcl(Xcl) = V1(Xv)+Jz2(Xz2) 4596(0.16) = V1 (0) + Jz2(0.5) Jz2 =1470.72 kg/h Balance efecto 2 Jz2 + V1 = V2 + Jz3 + Vc2 Consideración: V1 = Vc2 Jz2 = V2 + Jz3 Balance parcial Jz2(Xz2) = V2(Xv)+Jz3(Xz3)
1470.72(0.5) = V1 (0) + Jz3(0.6) Jz3 =1225 gk/h Balance efecto 3 Jz3 + V2 = Vt + Jz +Vc3 Consideración V2= Vc3 Jz = Jz3 – Vt Jz = 1225 – 122 Jz = 1103 Kg/h 1.8. Obtención de cristales
La obtención de cristales de azúcar comprende la sucesión de tres operaciones. Inicialmente el jugo concentrado obtenido de los evaporadores e lleva a un tanque de flotación el cual se encarga de inicial separación solido-liquido, posteriormente este ingresa al primer tacho en el cual se produce la evaporación y posterior cristalización, cuando se obtienen los cristales estos son centrifugados y están listos para el secado y empacado, el sistema de cristalización mostrado es de tres tachos de calandria con su respectivo cristalizador y centrifugador, este tiene recirculación de magma desde el ultimo tacho hacia el tanque de flotación, los cristales obtenidos poseen un 98.87% de pureza.
Tanque de meladuras Jz R1 Jo Vs Vc V1 C1 C1 Ag1 J2 Mo Cr1 A1 Cr J2 Vc2 C2 C2 M2 Cr2 R2 V2 Vt Cr C3 Vc3 C3 Az M3 R1 A3
Balance de masa en última etapa
En el proceso de cristalización ingresa 1103 Kg/h de jugo concentrado proveniente de los evaporadores, en el sistema se produce 474.29 Kg/h de azúcar refinada en la última etapa.
Centrifuga
C3=Az+M3 donde C3: son cristales de azúcar sin centrifugar, Az: azucar refinada, M3: melaza obtenida de la centrifuga
C3 = 474.29+556.77 = 1031.66Kg/h de cristales Entonces en el tacho
Cr = C3 + V3 donde V3 es el vapor de la ultima etapa proveniente del tacho 3 Cr = 1031.66+343.68= 1374 Kg/h de cristales provenientes de etapa I
R2 = M3+A3
R2 = 556.77 + 278.38 = 835.65 Kg/h de melaza recirculada
Balance en primera etapa
Tanque de dilución
Cr = Cr1 +A1 donde Cr1 es el azucar refinada de primera etapa, A1 agua de dilución, Cr cristales diluidos enviados a ultima etapa.
Cr1 = Cr – A1 = 1374 – 458.54 = 916.49 Kg/h En la centrifuga C1 = Mo + Cr1 C1 = 851.99 + 916.49 = 1768.48 Kg/h de cristales en etapa I En el tacho I J1 = V1 + C1 Donde J1 = R2 + Jo Jo = Jz + R1
Jo = 1103 + 835.65 = 1938.65 Kg/h de alimentación de tanque de meladuras J1 = 623.02+ 1938.65 = 2562.27Kg/h de alimentación de tacho I
V1 = J1 –C1 = 2562.27 – 1768.48 = 792.56 Kg/h de vapor de etapa I En tanque de dilución de melaza
Mo = J2 - Ag1 Mo = 1064.99- 213 = 851.99 Kg/h de melaza Balance en etapa II En el tacho I J2 = C2 + V2 J2 = 798.74 +226.75 = 1064.99 Kg/h cristales de etapa II En centrifuga C2 = M2 + Cr2
Cr2 =C2 – M2 = 798.74 – 383.39 = 415.34 Kg/h de azúcar refinada en II En tanque de dilución refinado
R2 = cr2 + A2
R2 = 415.34 + 207.67 R2 = 623.02 Kg/h
1.9. SECADO
En este tratamiento se usara un secador rotativo donde habrá un flujo de aire seco a temperatura entre 30-40ºC el cual no están caliente debido a que si lo es puede perjudicar las propiedades sensoriales y organolépticas del producto.
El porcentaje de humedad del producto final es de 0.44% Balance de masa en el secador
Aire humedo; Ah Aire seco; As
Azucar comercial; Azc= 464.8 Kg/h ;%H=0.44% Azucar refinada;
Az = 474.29Kg/h; %H=2%
DISTRIBUCION DE PLANTA
DISTRIBUCIÓN EN PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE AZÚCAR
METODO A UTILIZAR: Criterios cualitativos
Técnica desarrollada por Muther y Wheeler denominada SLP (Systematic Layout
planning), en ella las prioridades de cercanía entre secciones se asimilan a un código
de letras de la siguiente manera:
Tabla 1: Maquinas y equipos para el cuadro de interrelaciones
SECCIÓN
EQUIPO
S
Recepción
bascula
S01
Recepción
Transportador de cañas
S02
Adecuación
Maquina cortadora
S
03Transporte
Riel de engranajes
S04
Molienda
Molino de rodillos
S
05Mezclado
Tanque de jugo mezclado
S06
Clarificación
Calentador
S07
Clarificación
Clarificador continuo
S
08Clarificador
Tanque de jugo filtrado
S09
Evaporación
Evaporador al vacío 1
S
10Evaporación
Evaporador al vacío 2
S11
Evaporación
Evaporador al vacío 3
S12
Evaporación
Tanque de meladuras
S
13Cristalización
Tacho de calandria 1
S14
Cristalización
Tacho de calandria 2
S15
Cristalización
Tacho de calandria 3
S
16Mezclado
Tanque de mezclado 1
S17
Mezclado
Tanque de mezclado 2
S
18Mezclado
Tanque de mezclado 3
S19
Centrifugación
Centrifuga 1
S20
Centrifugación
Centrifuga 2
S
21Centrifugación
Centrifuga 3
S22
Clarificación
Clarificador
S
23Filtración
Tanque de filtración
S24
Secado
Banda secadora con elevador
rotatorio
S
25Empaque
Tolva de empaque
S
26Empaque
Empacadora
S27
TABLA 2: Interrelaciones de equipos
s0 1 s02 s03 s04 s05 s06 s07 s08 s09 s10 s11 s12 s13 s14 s15 s16 s17 s18 s19 s20 s21 s22 s23 s24 s25 s26 s27 s28 s0 1 A E E E I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 s0 2 A E I I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O 1 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 s0 3 A A I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 s0 4 A I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 s0 5 A E I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X O 1 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 s0 6 A E I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s0 7 A E I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s0 8 A E E E I I I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s0 9 A E E I I I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s1 0 A E I I I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s1 1 A E I I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s1 2 A E I I I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s1 3 A A A I I I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s1 E E A E E E E E I I I I I I4 2 2 1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1 s1 5 E E A E E E E I I I I I I 2 2 1 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 s1 6 E E A E E E I I I I I I 2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 s1 7 E E E E E I I I I I I 2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1 s1 8 E E E E I I I I I I 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 s1 9 E E E I I I I I I 2 2 1 1 1 1 1 1 1 s2 0 E E A I I I I I 2 2 1 1 1 1 1 1 s2 1 E A I I I I I 2 1 1 1 1 1 1 s2 2 A E I I I I 1 1 1 1 1 1 s2 3 A E I I I 1 1 1 1 1 s2 4 A I I I 1 1 1 1 s2 5 A I I 1 1 1 s2 6 A E 1 1 s2 7 A 1
En el siguiente grafico se representa el diagrama de flujo, según la secuencia del proceso y sobre el se representan las convenciones según la relación
que tiene cada equipo o sección, determinadas en la tabla anterior.
S01 S02 S13 S14 S12 S03 S07 S08 S11 S09 S04 S05 S10 S06 S28 S27 S16 S15 S17 S26 S22 S21 S18 S20 S25 S24 S19 S23
