Sulfitação de caldo de cana por ejetor de mistura

ENGENHO NOVO TECNOLOGIA
TecEN COMERCIAL
SULFITAÇÃO DE CALDO DE CANA POR EJETOR DE MISTURA LÍQUIDO-GÁS
Como fator de diferenciação frente à crescente concorrência no mercado açucareiro mundial,
torna-se imperativo as usinas produzirem com maior eficiência um açúcar com qualidade
melhor e mais uniforme.
Para a garantia de produção de um açúcar branco de boa qualidade, com baixa coloração,
características uniformes e constantes, além de baixo teor de sulfito e outros materiais
estranhos, é necessário contar-se com sistemas de tratamento eficientes e confiáveis.
Atenta a essas questões, a ENGENHO NOVO/ TECEN desenvolveu uma nova versão do seu
já consagrado sistema AIR-JET de contato gás-líquido para a sulfitação do caldo de cana em
usinas de açúcar. O processo é realizado através de ejetores de mistura líquido-gás, que
proporcionam a sucção do ar necessário para a queima total do enxofre, além de garantir uma
mistura perfeita e controlada entre o gás sulfuroso (SO2), o caldo, e as suas impurezas.
A Sulfitação do Caldo
No processo de produção de açúcar de maior qualidade, a etapa de sulfitação do caldo tornase indispensável. Nesta etapa, gás sulfuroso (SO2) é misturado ao caldo e reage quimicamente
com as principais substâncias orgânicas que dão cor ao açúcar, além de transformar os
compostos férricos coloridos, resultantes do contato com as moendas, gamelões e tubulações,
em compostos ferrosos incolores. O gás sulfuroso auxilia ainda na etapa de tratamento do
caldo, e atua como agente anti-séptico para microorganismos presentes no caldo que
consomem açúcar e geram substâncias indesejáveis.
Na grande maioria das usinas, o gás sulfuroso é gerado através da combustão do enxofre em
fornos de queima. Quando esta queima não é conduzida de maneira correta e apropriada,
pode causar problemas de natureza ambiental, além de problemas de processo e de
manutenção, originados pela queima deficiente do enxofre, tais como:
. Emanação de gases tóxicos para a atmosfera, chuva ácida, etc.;
. Produção de gás sulfúrico e posteriormente ácido sulfúrico, responsável por severa corrosão
em equipamentos e tubulação; e
. Queima incompleta e/ou deficiente do enxofre, com a deposição do material não queimado
nas tubulações e equipamentos, causando entupimentos.
Por outro lado, a dispersão ineficiente do gás no caldo pode originar outros problemas, como
por exemplo:
. Inversão da sacarose, devido a existência de zonas com pH muito baixo onde o gás não foi
misturado ao caldo de maneira eficiente;
. Risco de adição excessiva de sulfito ou super-sulfitação, visando compensar as deficiências
de processo e obtenção do mesmo efeito descolorante, favorecendo assim a inversão e o
aumento do teor de cinzas e sulfitos no açúcar, além do aumento de depósitos em
aquecedores, evaporadores e vácuos.
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Os benefícios e possíveis problemas de um processo de sulfitação dependem da eficiência de
geração do SO2 e da mistura deste gás com o caldo de cana. Uma maior redução da cor está
intimamente ligada à mistura rápida, completa e uniforme do gás no caldo. Quando em
excesso ou mal homogeneizado, o gás sulfuroso tende a ser perdido para a atmosfera,
causando problemas ambientais e consumo desnecessário de enxofre, além de originar zonas
com baixo pH no caldo que favorecem a inversão da sacarose e a corrosão localizada em
linhas e equipamentos.
Sistemas de Sulfitação Existentes
A maioria dos sistemas de sulfitação existentes utiliza equipamentos do tipo coluna de contato
ou do tipo multi-jatos para dispersar o SO2 no caldo de cana.
Colunas de Sulfitação:
Nas colunas de sulfitação, o caldo de cana é alimentado pela parte superior do equipamento,
fluindo em contra-corrente com o gás sulfuroso que é alimentado pela parte inferior do vaso.
No interior da coluna, existem vários pratos perfurados, através dos quais o gás é borbulhado
no caldo, fluindo de prato em prato.
Apesar de serem os equipamentos de sulfitação mais tradicionalmente utilizados em usinas, as
colunas apresentam uma série de inconveniências. Nelas, o gás sulfuroso é borbulhado no
caldo na forma de bolhas muito grandes e em um meio pouco agitado, tornando o processo de
transferência de massa entre o gás e o líquido pouco eficiente. Com isso, para que se consiga
transferir a quantidade de SO2 necessária ao caldo e para que não ocorram perdas de SO2
para a atmosfera, é necessária a utilização de uma coluna com um número grande pratos, o
que se traduz em equipamentos grandes, com alto tempo de retenção e, conseqüentemente,
elevado custo de instalação e manutenção.
No fundo das colunas o gás é admitido e o caldo sulfitado é retirado. Dessa forma, nessa
região o gás se encontra mais concentrado e mais ativo enquanto o pH do caldo também é
mais ácido. Com isso, formam-se zonas com pH muito baixo na parte inferior da coluna, que
favorecem a inversão da sacarose, além de corrosão localizada. Outro inconveniente das
colunas deve-se à sua pouca flexibilidade operacional no que se refere a variações de vazão,
uma vez que estas só operam bem em condições próximas à sua vazão de projeto.
Finalmente, as colunas de sulfitação ainda exigem uma infraestrutura complementar externa
para promover a sucção do ar para o interior dos fornos de queima de enxofre assim como
para promover a exaustão dos gases em excesso que saem pelo topo do equipamento.
Multi-Jatos:
Os multi-jatos, por sua vez, são equipamentos de vácuo baseados no princípio de venturi.
Utilizam o próprio caldo de cana para gerar vácuo e succionar o gás sulfuroso que se mistura
ao meio e, conseqüentemente, o ar necessário à queima do enxofre no forno. Os multi-jatos
são equipamentos bem mais compactos que as colunas de sulfitação, e dispensam os
sistemas acessórios de alimentação de gases. Contudo, os multi-jatos usualmente utilizados
foram concebidos originalmente apenas para a geração de vácuo e não garantem uma mistura
eficiente entre o gás e o caldo de cana. No interior da coluna do multi-jato, o caldo escoa
paralelamente ao gás sulfuroso, constituindo um fluxo bifásico onde as duas fases (gás e
caldo) praticamente não interagem entre si. Dessa forma, a mistura entre o gás e o caldo
ocorre efetivamente apenas no tanque que recebe o caldo sulfitado, onde as perdas de SO2
para a atmosfera são consideráveis e a ocorrência de super-sulfitação em algumas zonas do
caldo já se fizeram sentir. Ao longo da coluna de saída do multi-jato e também no próprio
tanque que recebe o caldo sulfitado, se formam zonas de baixo pH, de forma ainda mais
severa do que no caso das colunas de sulfitação, resultando em uma maior inversão da
sacarose além de problemas de corrosão em equipamentos.
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Sistema de Sulfitação ENGENHO NOVO
O processo de sulfitação ENGENHO NOVO é feito através de ejetores de mistura líquido-gás
(sistemas AIR-JET), que proporcionam a sucção do ar necessário para a queima total do
enxofre nos fornos, além de garantir uma mistura perfeita e controlada do gás sulfuroso (SO2)
com o caldo e as suas impurezas, dispensando sistemas acessórios para insuflação de ar e
exaustão de gases.
No interior do sistema AIR-JET, o caldo passa em alta velocidade através de bicos ejetores,
gerando o vácuo que succiona o gás sulfuroso. Em seguida o caldo bombeado e o gás
aspirado passam por uma zona de mistura, onde existem turbulência e cisalhamento ideais
para que todo o gás se disperse muito rapidamente e de maneira homogênea no caldo. Dessa
forma ocorre uma sulfitação completa e, praticamente, instantânea, onde não existem
condições para formação de gradientes de pH (isto é, não existem variações de pH entre as
diferentes regiões no caldo), eliminando assim os riscos de inversão da sacarose e de corrosão
em equipamentos. Com isso, as perdas de SO2 para a atmosfera são virtualmente eliminadas.
Em termos gerais, o Sistema de Sulfitação ENGENHO NOVO apresenta as seguintes
características principais:
. Altíssima eficiência de mistura SO2 / caldo de cana;
. Sulfitação praticamente instantânea;
. Máxima redução de cor no açúcar;
. Sucção do ar em quantidade ideal para a perfeita queima do enxofre;
. Não apresenta perdas de SO2 para a atmosfera;
. Não apresenta riscos de inversão da sacarose;
. Sistema compacto e modular, adaptável para qualquer vazão de caldo;
. Grande flexibilidade operacional para diferentes vazões de caldo;
. Dispensa a utilização de equipamentos auxiliares para sucção do ar e exaustão dos gases;
. Baixíssimo custo de manutenção; e
. Reduzido investimento para instalação.
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Sistema de sulfitação para o tratamento
de 1.200 m3/h de caldo de cana.
Vista geral dos sistemas de ejetores
montados em paralelo.
Vista em detalhe da Câmara de Vácuo:
. Entradas de gás nas laterais.
. Entrada de caldo no topo.