ESTUDIO de Agotamiento de Mieles

ESTUDIO DEL AGOTAMIENTO DE MIELES EN LA

EMPRESA AGROINDUSTRIAL PUCALA

LEISIE JUDITH CHILON RIVERA

MARILYN CATHERINE QUINTEROS VILCHEZ

Practicantes de la Escuela Profesional de Ingeniería Química

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

Pucalá, 19 de Junio de 2013

2ESTUDIO DEL AGOTAMIENTO DE MIELES

AGRADECIMIENTO

A Dios por bendecirnos día a día y guiarnos por un buen camino.

A nuestros padres por su apoyo incondicional y su confianza en nosotras.

A nuestra prestigiosa universidad nacional Pedro Ruiz Gallo, alma mater y

casa superior de formación universitaria.

Al Ing. Villarreal, Gerente de Fábrica, por darnos la oportunidad de

conocer acerca de la industria azucarera y así complementar nuestra

formación profesional.

Al Ing. Arica y al Ing. Guerrero, por su cooperación en la realización del

presente estudio.

A los trabajadores y operarios que laboran en la empresa por la

información brindada.

A nuestros amigos, por darnos aliento y fortaleza para seguir.

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INDICE

RESUMEN………………………………………………………………………………........4

ABSTRACT…………………………………………………………………………………...5

INTRODUCCION…………………………………………………………………………….6

I. ASPECTOS DE LA INFORMACION…………………………………………………….7

1.1.-Realidad problemática………………………………………………………………….7

1.1.1.-Planteamiento del problema………………………………………………………...7

1.1.2.-Formulacion del problema…………………………………………………………...8

1.1.3.-Justificacion del problema…………………………………………………………...8

1.1.4.-OBJETIVOS…………………………………………………………………………..9

1.2.-MARCO TEORICO……………………………………………………………………..9

1.2.1.-Base teorica…………………………………………………………………………...9

1.2.2.-Variables……………………………………………………………………………..23

1.2.3.-Hipotesis……………………………………………………………………………..24

II.-MARCO METODOLOGICO……………………………………………………………24

2.1. Diseño de contratacion de hipótesis………………………………………………..25

2.2. Poblacion y muestra………………………………………………………………….25

2.3-Materiales y metodologia de la investigación………………………………………25

2.4.-Analisis estadistico de los datos……………………………………………………26

III.- DESARROLLO EXPERIMENTAL……………………………………………………28

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IV.-RESULTADOS………………………………………………………………………….33

V. CONCLUSIONES……………………………………………………………………….39

VI- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ………………………………………………...40

VII- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ………………………………………………...41

VIII- ANEXOS……………………………………………………………………………….42

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RESUMEN

Se realizó el presente trabajo de investigación, con el objetivo de obtener un jugo

claro a partir de una clarificación eficiente que cumpla con las condiciones

apropiadas es por ello que en este trabajo se ha logrado especificar las variables

apropiadas durante el proceso como es la temperatura a la que se debe preparar el

floculante, la concentración y la cantidad de floculante.

También se verifico si los pH de los jugos tanto del clarificado como del encalado se

mantenían en el rango especificado. El objetivo era mantener el pH del clarificado en

7.6-7.8.

Se logró observar la temperatura del jugo calentado que variaba a veces; excedía de

los 105 °C que debe ser lo normal. Se calculó también la Pol del jugo de las llaves

de cachaza y el número de llaves de cachaza en los DOORES; lo cual se pudo

determinar que cuanto más densa es el jugo de las llaves de cachaza es mucho

mejor porque se está obteniendo una buena clarificación; es decir se está logrando

eliminar la mayor parte de impurezas presentes en el jugo.

El floculante que se utilizo es el PROFLOC 6040 el cual se preparó a una

concentración de 2 ppm y 3 ppm el cual se compararon dando resultados eficientes

para 2ppm 24 % de cachaza y para 3ppm 19 % de cachaza.

Se logró también observar que las condiciones de preparación del floculante no eran

las apropiadas es por ello que no se lograba sedimentar la mayor parte de

impurezas, solidos presentes en el jugo, las condiciones que se utilizaban eran: la

temperatura de preparación sobrepasaba de lo normal que debe ser entre 40 a 50

°C a veces llegaba hasta 80°C es por ello que las cadenas poliméricas del floculante

se carbonizaban y no actuaba bien el floculante en la etapa de clarificación del jugo

y la preparación de floculante de ser con agua limpia, tratada

Palabras claves: jugo clarificado, jugo encalado, floculante, llaves de cachaza.

.

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ABSTRACT

We conducted this research, in order to obtain a clear juice from efficient clarification

that meets the appropriate conditions is why in this work has been to specify the

appropriate variables in the process as is the temperature at which to prepare the

flocculant concentration and the amount of flocculant.

Also verify if the pH of the clarified juices both remained liming as to what should be.

The objective was to maintain the pH at 7.6-7.8 clarified.

It was possible to observe the temperature of the heated juice sometimes varied;

exceeded 105 ° C to be normal. Pol was also calculated juice rum keys and the

number keys on the Doores cachaça, which it was determined that the denser juice

rum keys is much better because you're getting a good clarification ie being achieved

eliminate most of impurities present in the juice.

The flocculant to use is the PROFLOC 6040 which was prepared at a concentration

of 2 ppm and 3 ppm which give efficient results were compared to 2ppm 24% rum

and 3ppm 19% rum.

It was possible to observe also that the conditions of preparation were not suitable

flocculant is therefore could not settle most impurities present in the juice solids, the

conditions used were: temperature exceeded normal preparation should be between

40 to 50 ° C sometimes reached 80 ° C which is why the flocculant polymer chains

are not acted well carbonizaban and flocculant in juice clarification stage and

flocculant preparation with clean water be , treated

Keywords: clarified juice, lime juice, flocculant, cachaça keys.

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INTRODUCCION

Existen diversos métodos para la purificación o clarificación de los jugos de la caña

de azúcar, el objetivo que persiguen los métodos de purificación de los jugos de la

caña de azúcar, es la eliminación de los sólidos no azucares, presentes en los jugos

procedentes del proceso de extracción de la sacarosa de la caña de azúcar, y es

muy conveniente desde el punto de vista económico que los lodos o cachazas sean

lo más densas posibles.

La empresa agroindustrial Púcala, dedicada a la producción de azúcar,tiene como

objetivo obtener un jugo con alto contenido de sacarosa en el proceso extracción

efectuada en el trapiche,para luego pasar por el proceso de clarificación en el que el

objetivo primordial es eliminar la cantidad máxima de impurezas que contiene el jugo

.

En los análisis observados con respecto en el proceso de clarificación en la

obtención de azúcar, es que el tipo de jugo obtenido es de color turbio,lo que esto

afecta en la cocción en tachos, el centrifugado,calidad de productos y rendimiento en

azúcar crudo.

Por lo cual se lleva a cabo una investigación para determinar las condiciones

adecuadas que garanticen un buen proceso de clarificación,teniendo en cuenta la

variedad de caña que ingresa al ingenio.

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I. ASPECTOS DE LA INFORMACION

I.1. Realidad problemática

I.1.1. Planteamiento del problema:

Actualmente es posible observar un gran interés, en el desarrollo de mejorar los

procesos de producción de azúcar para satisfacer las necesidades de la

sociedad mundial, es por ello que cada día se requiere de mejoras en un

producto que agrade a la mayoría de consumidores y esto se debe a obtener un

azúcar de buena calidad con una coloración aceptable. Todo esto se logra

verificando, optando por la condiciones que se le den al proceso en base a lo

dicho en la bibliografía; los principales causantes de obtener un azúcar con la

condiciones óptimas es darle un debido tratamiento al jugo crudo que se obtiene

de los trapiches para eliminar completamente las impurezas presente en dicho

jugo.

La tecnología que se emplea actualmente en la purificación de los jugos de caña

es distinta a la que se emplea en la industria de azúcar de remolacha. La

diferencia básica consiste en que la purificación del jugo crudo por medio del

proceso de carbonatación ha llegado a ser una costumbre en la fabricación de

azúcar de remolacha por lo que se obtiene un azúcar granulado, a partir del jugo

clarificado y concentrado, que puede ser usado para los mismos usos que el

azúcar refinada, sin necesidad de refinación. En cambio en la fabricación de

azúcar a partir de azúcar de caña producida por el proceso de molienda

presenta solo un porcentaje de la producción total de azúcar de caña. (Honig,

1969)

Como una solución a dichos problemas en el proceso de clarificación, se ha

considerado llevar un debido control en el caso de la preparación del floculante

las condiciones que sean aceptables y ver si actúa bien el floculante al

sedimentar las impurezas, la cantidad de impurezas con la que llega la caña, la

Pol de las llaves de cachaza de cada DOOR para verificar si se está logrando

arrastrar la mayor parte de impurezas.

I.1.2. Formulación del problema:

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Hoy en día, el problema en el proceso de clarificación según resultados

obtenidos demuestran que el jugo claro (producto de la clarificación) es un

jugo turbio cuando en realidad el jugo debería de ser transparente y claro.

Las posibles causas de este problema podrían ser la variedad de caña,

pH, tiempo de retención en el clarificador, agentes químicos agregados en

el proceso.

Ante este suceso se formuló el siguiente problema

¿Cuáles son las condiciones de operación adecuadas en el proceso de

purificación de jugos para obtener un jugo claro transparente y libre de

impurezas?

I.1.3. JUSTIFICACION DEL PROBLEMA

Uno de los problemas que afectan la producción de azúcar en el ingenio

azucarero, es el grado de claridad que tiene el jugo,debido a ciertos

factores como la variedad de caña, el pH, temperatura, tiempo de

retención en el clarificador, agentes químicos que intervienen en el

proceso, entre otros, por lo cual esta investigación nos lleva a encontrar

una solución a este problema,para evitar de esta manera perdidas en el

rendimiento de azúcar crudo y obtener un azúcar de buena calidad.

I.1.4. OBJETIVOS:

Objetivos Generales

Identificar los principales factores que originan una pobre clarificación que

impiden eliminar la máxima cantidad de impurezas que contiene el jugo

para obtener un jugo claro transparente

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Objetivos Específicos

Analizar el proceso de transformación de la caña de azúcar hasta la

clarificación del jugo

Entender el proceso de clarificación en la fábrica de azúcar Agropucala

Analizar las condiciones en el proceso de clarificación

Llevar a cabo pruebas de laboratorio para determinar qué es lo que afecta

en la turbidez del jugo.

Llevar la estadística como herramienta de validación de los resultados de la

intervención de las variables que influyen en el proceso de clarificación

I.2. Marco teórico

I.2.1. Base teórica:

ETAPAS DE LA CLARIFICACIÓN

a) Separación de las impurezas que están en suspensión en los jugos de los molinos, que por medio del tamizado, colado, flotación, asentamiento, sedimentación o centrifugación.

b) El calentamiento de los jugos, en el que la introducción de intercambiadores de calor, en la forma de calentadores de jugo, ha constituido la máxima evolución.

c) El uso de la lechada de cal y la preparación de esta a una densidad constante, permitiendo su adición en cantidades medidas y conocidas, a una determinada cantidad de jugo.

d) La introducción de modernos sistemas de control, con el objeto de determinar el punto final del proceso de alcalinización, en el que se han empleado diversas técnicas en el transcurso de los años.

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REACCIONES DURANTE LA CLARIFICACIÓN -ESTUDIOS FUNDAMENTALES

Algunos de los no azucares del jugo afectan la clarificación. Con el uso de

floculantes la clarificación es afectada por una amplia gama de variables.

El jugo de caña se define como una suspensión coloidal irreversible y

polidispersa, y cuyas partículas en suspensión no solo presentan distintos

intervalos de tamaño sino que además presentan una composición química

heterogénea. Cuando la solución de azúcar contiene fosfatos solubles y un

exceso de calcio, se forma un sustrato gelatinoso cristalino de tipo coloidal

que se asienta lentamente. Cuando existe un exceso de fosfatos, se logra

un comportamiento mucho mejor en cuanto a la decantación. En una

solución de bajo contenido de fosfatos, la clarificación se mejora aplicando

el principio de la neutralización de la carga coloidal.

Potencial Zeta

Como la clarificación consiste en convertir los no azúcares solubles en

sólidos insolubles y luego separarlos, los parámetros que normalmente

controlan la

rapidez de la sedimentación están gobernados por la ley de Stokes, sin

embargo esta ley solo la cumplen las partículas grandes mas las pequeñas

no lo hacen. Cada partícula en suspensión tiene una carga eléctrica. Las

cargas de las partículas individuales se miden en función al potencial de la

solución en la que están suspendidas. Estas cargas se denominan

potencial Zeta.

Formación del flóculo La floculación es la aglomeración de las partículas finas suspendidas en

una solución par formar un musgo que flocula. Las partículas con carga

eléctrica similar se repelen y de esta manera se estabilizan contra la

floculación. Con el fin de evitar que las partículas se adhieran, la energía

cinética debe exceder a las fuerzas de atracción entre las dos partículas.

Cuando el flóculo es dañado mecánicamente, rara vez regresa a su tamaño

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original. Resulta beneficiosa una agitación enérgica antes de la formación

del flóculo, pero después de que este se ha formado el moviendo debe ser

extremadamente suave para evitar el precipitado.

Tiempo de reacción El reconocimiento general de que el factor tiempo tiene mucha importancia

en la reacción de la cal, ha dado como resultado la llamada alcalización

retardada, en la que se dejan transcurrir de 10 a 15 minutos entre la

aplicación de la cal y la calefacción siguiente. Una agitación prolongada

después de la alcalización permite una mejor formación de los flóculos,

mayor velocidad de decantación y un menor volumen final de cachazas.

(Chen, 1991)

Claridad La claridad del jugo clarificado se considera a menudo como una buena

indicación de la efectividad de la clarificación, pero esto no necesariamente

es cierto. De modo cuantitativo, es pequeña la cantidad de material que

permanece en suspensión en u jugo turbio y la turbiedad representa solo

un material dentro de un orden limitado de tamaño de partículas. La

cantidad que permanece de tal material depende de las características del

jugo para un grupo dado de condiciones. Un jugo claro indica una

precipitación definida y rápida, son una buena coagulación, de las

partículas gruesas en suspensión.

Color El color normalmente aumenta en el proceso de clarificación. El color

oscuro de los jugos crudos es causado, en primer lugar por varios

derivados polifenólicos, También se encuentran presentes las clorofilas

verdes insolubles . en pequeñas cantidades se han hallado pigmentos

antocianínicos solubles. En la clarificación no se separan con efectividad

las sustancias colorantes fenólicas, que de modo primario están en estado

coloidal. Se ha demostrado que en el proceso simple de clarificación los

polifenoles son los responsables de la absorción del oxigeno, lo que resulta

e la formación de sustancias acídicas, y en el jugo clarificado, son

responsables hasta cierto grado de la disminución del pH y del incremento

del contenido de calcio.

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CLARIFICACIÓN ÓPTIMA

Al observar una clarificación surge una pregunta: ¿cuál es la máxima

remoción de no azucares que puede obtenerse si tenemos en la

clarificación del jugo una separación ideal del material suspendido? Lo

ideal es que: en primer lugar, prácticamente se precipitan todos los no

azúcares proteínicos, en segunda que sea removido la mayor parte del

material parecido a la cera y tercero, que se tenga un máximo de

precipitación de los no azúcares insolubles inorgánicos. (Honig, 1969)

EFECTO DEL pH Si es demasiado bajo el pH del jugo clarificado, entonces no se conseguirá

de un modo completo la precipitación de fosfatos, sesquióxidos y ácido

silícico. El Ph mas bajo no afecta la redisolución de la materia en

suspensión que esta originalmente presente en los jugos de los molinos.

Se tiene la ventaja de que no hay destrucción de azucares reductores; y

también hay un incremento anormal en el contenido de cal del jugo

clarificado, tal como el causado por descomposición de azúcares

reductores; hasta cierto grado se puede afectar la disolución de los

azucares proteicos y aumentar el contenido de nitrógeno. Un alta

alcalinidad tiene la ventaja de una completa precipitación de los no

azúcares inorgánicos removibles. La mayor desventaja de la alcalinidad

muy alta, es la descomposición de los azúcares reductores y el incremento

de contenido de cal.

EFECTOS DEL CALENTAMIENTO DE JUGO Y LA ADICION DE CAL

La clarificación por defecación usualmente se realiza mediante la

combinación de:

Adición de hidróxido de calcio Ca(OH)2, para elevar el valor de pH

desde 5.3 hasta 7.2-8.0. El Ca(OH)2 puede estar en forma de

lechada de cal o como sacarato mezclando cal-jugo o cal meladura.

Calentamiento, por etapas, hasta el punto de ebullición y uso de un

tanque flash de despresurización y purga rápida que permite

remover el aire atrapado o disuelto en el jugo.

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El principal agente de precipitación es el fosfato de calcio, que

forma la base de los flocs que absorben la mayoría de los otros

materiales precipitantes .sin embargo como fue discutido por

Doherty y Edye,existen varias fases del fosfato de calcio

(incluyendo fosfatos de mono-di-y tri-calcio-) que se forman durante

el encalado .El fosfato tricalcico se precipita a una velocidad

relativamente lenta y los ácidos orgánicos presentes inhiben esta

precipitación .

La eliminación física de las impurezas no es completa y

dependiendo del valor de ph en el jugo luego del tratamiento, el

contenido residual de ca++ puede ser mayor que su contenido

original en el jugo.

Los métodos de clarificación mediante defecación simple son

económicos y aun asi muy efectivos ,excepto en cuanto a la

remoción de impurezas solubles .En este proceso muchos de los

acidos organicos son eliminadis ,dado que las sales de calcion son

insolubles y cualquier material albuminoide es coagulado .Parte del

contenido de pectina y materia colorante se torna

insoluble ,mientras que otros componentes (almidon y

polisacáridos) pueden hacerse solubles Procedimientos utilizados

para la defecación – clarificacion

FLOCULANTES Y SISTEMAS DOSIFICADORES

Los floculantes usados mas comúnmente para la clarificación de

jugo, asi como para el acondicionamiento de la alimentación de

filtros ,son compuestos de poliacrilamida parcialmente

hidrolizados ,los cuales son del tipo anionico .Los floculantes de

tipo catiónico tienen una aplicación mucho mas

limitada ,pricipalmente como decolorantes en procesos de flotación

de jarabe/meladura(sirope).

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Considerando los floculantes de tipo anionico , los polímeros de

poliacrilamida parcialmente hidrolizados tienen una unidad que se

repite y forma una cadena larga de muy elevado peso molecular.

En la composición del floculante , enlaces ocasionales –COOH-

COONa se presentan en la cadena en lugar de los enlaces –

CONH2.Esto es una medida del grado de hidrolisis del floculante.

PREPARACION Y ADICION DEL FLOCULANTE

Los floculantes de poliacrilamida de alto peso molecular en forma

de polvo necesitan ser disueltos homogéneamente (usando un

eductor o sistema venturi) antes de ser adicionados a un

condensado que sea limpio y frio (<50°C).Las aguas crudas que

contienen iones multivalentes Ca++,Fe++ y Al+++ son perjudiciales

para la estabilidad del floculante .Para contrarrestar reacciones de

degradación se debe adicionar soda caustica o bicarbonato de

sodio ajustando el ph hasta por encima de 9.0.

En el tanque de dilución debe instalarse un agitador de aletas de

baja velocidad o un anillo de tubo con orificios “generadores de

burbujas de aire” alrededor de la base interna del tanque (no deben

emplearse agitadores de alta velocidad).El tanque debe ser

fabricado de acero inoxidable o plástico , o en caso de ser de acero

común deberá estar recubierto para prevenir la dilución de hierro

en la solución .La dilución inicial no debe sobrepasar los 5g/kg

solución debido a que la viscosidad a mayores concentraciones es

muy elevada. La solución concentrada se debe alimentar por

gravedad a un tanque de dilución mas grande ,también provisto

con un generador de burbujas de aire , para una posterior dilución

hasta un rango de 0.5 a 1g/kg solución. El floculante se debe

“madurar” alrededor de 2h antes de que pueda ser aplicado y

deberá ser preparado continuamente en tandas que cubran no mas

de 8h de producción para evitar las degradación .Las líneas para la

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transferencia y dosificación deben estar provistas con filtros de

malla 20 a 28 de acero inoxidable para prevenir taponamientos

debidos a terrones de floculante que no hayan sido correctamente

empapados y resistan la dilución , representando perdidas de

producto. Para reducir aun mas la concentración del floculante .Se

puede usar una dilución en línea con jugo clarificado reciclado

inmediatamente antes de que este sea dosificado en la

alimentación del clarificador .La dosificación del floculante diluido y

madurado se debe realizar en la línea de suministro de jugo

inmediatamente después del tanque flash , tan cerca del punto de

alimentación del clarificador como sea posible .La dosificación se

efectúa empleando una bomba dosificadora de cavidad

progresiva ,dado que las bombas centrifugas de diafragma

peristaticas e incluso de pistones crean fuerza constante

suficientemente grande para destruir la mayoría de moléculas de

floculante que han sido cuidadosamente preparadas –físicamente

estas son bastante largas y frágiles y deben ser protegidas .Con la

tecnología SRI de clarificación como ha sido mencionado por

Steindl,se preparan soluciones de modernos floculantes anicónicos

a concentraciones por debajo de 2.5g/kg para evitar la formación

de semi-geles .Se considera esencial por lo tanto tener la mayoría

del agua en el tanque de mezclado antes de la adición del

floculante solido .El floculante en forma de polvo seco se debe

dispersar rápidamente en el volumen de agua evitando la

formación de terrones .Las tandas iniciales son preparadas cada 4

a 8h utilizando un dispersor de succión para la adición del

polvo ,seguida por agitación por burbujeo o con un agitador de

aletas lento en agua limpia por debajo de 50°C. La solución se

transfiere entonces a un tanque dosificador a través de una malla

(para remover terrones ).Una bomba dosificadora y medidores de

agua de dilución son utilizados para preparar una solución entre

0.25-0.50g/kg, la cual se distribuye entre los puntos de entrada de

los distintos clarificadores.

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REACCIONES FÍSICAS EN LA FLOCULACIÓN

La formación de flocs de jugo de caña se basa en el Ca3(PO4)2 y

la proteína .La densidad efectiva es afectada por efectos de la

carga superficial (potencial zeta).

Una hipótesis sobre el mecanismo de formación de los flocs , atribuida a

Ruehwein y Ward sugiere que las cadenas en solución tienen generalmente una

carga negativa y se encuentran desenlazadas , pero presentan también

ocasionalmente sitios cargados positivamente .Estas cargas positivas atraen las

partículas floc de carga negativa y la molécula de floculante se agrupa entonces

alrededor de estas , formando agentes que estabilizan efectivamente el floc .En

otra hipótesis (Whayman y Cres)la presencia de Ca++ puede también formar un

enlace catiónico entre las cargas negativas de polímero y las partículas de floc.La

eficiencia de los floculantes anicónicos depende de su peso molecular y del

grado de hidrolisis ,variando para diferentes jugos .Un grado de hidrolisis

alrededor de 20 a 30 % es razonablemente efectivo, con pesos moleculares en

un rango de 4 a 12*106 .Los floculantes son activos en el jugo a niveles entre 2y3

mg/kg jugo. Mayores dosis son aplicadas para el tratamiento de lodo de

filtros .Un uso excesivo de floculante puede causar arrastres y baja filtrabilidad

del azúcar .La floculación ha sido descrita por Crees ,como una reacción de dos

etapas , donde el primer paso consiste en la captura de partículas individuales

en micro-flocs, para luego en una segunda etapa ser aglomeradas formando

macro-flocs que se pueden sedimentar relativamente rápido .Las poliacrilamidas

de mayor hidrolisis son más eficientes en el primer paso, pero menos eficientes

en la segunda etapa de aglomeración , con lo que se obtiene un jugo más claro

pero con flocs que se sedimentan más lentamente .Existe un grado de hidrolisis

optimo que se logra dependiendo del jugo y las condiciones de operación .La

turbiedad debida a coloides que no se logren capturar u otras partículas es muy

indeseable y llevan a una baja filtrabilidad del azúcar .Una adición pobre de

floculante, un mal diseño del clarificador o un mal control del encalado pueden

conducir a una turbiedad elevada .Provisto que el mezclado inicial sea

satisfactorio, una suave agitación posterior no es perjudicial ,pero si la agitación

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es demasiado vigorosa puede causar daño a los flocs y resultar en un deterioro

de la calidad del jugo clarificado y de la velocidad de sedimentación de los flocs.

MODO DE USO DE LOS POLÍMEROS

Los ensayos de laboratorio muestran que, para su utilización , la

concentración optima de las soluciones de floculantes del tipo de

poliacrilamidas es inferior a 0.5g/l .Para alcanzar esa concentración

es necesario añadir grandes cantidades de agua , lo cual a escala

industrial puede ser dificultoso , si se pretendiera que todo el agua

añadida fuera nueva . Por eso se suele añadir agua nueva para

diluir hasta un 1% una solución previa , recibida del suministrador ,

y luego se utiliza agua recirculada procedente del flitrado de la

operación de filtración o del rebose del espesador hasta alcanzar

hasta alcanzar a dilución final.La primera dilución se hace en un

tanque con un agitador y la operación dura de 1 a 2 horas .Esta

solución al 1% se diluye inmediatamente al 0.05-0.2% y se

almacena .Es importante que la solución diluida del polímero se

añada a la pulpa de forma múltiple y repetida, en los tubos y

canales de transporte de la pulpa al espesador o en el propio.Por

efecto del floculante de puede obtener, más rápidamente , no solo

un sedimentado de mayor concentración en solidos (menos agua)

sino también en clarificado(rebose) más limpia (menor contenido en

solidos).

Una pulpa de floculado se puede someter a una filtración o a una

centrifugación pero no a un ciclonado ya que el efecto de la bomba

y del ciclón producen la rotura de los floculos que no se vuelven a

recomponer.

CLARIFICACION DE JUGO Y SELECCIÓN DE POLIMEROS

Una de las primeras etapas de purificación en la fabricación de

azúcar es el proceso de clarificación de jugo. Esta es la etapa en

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donde un jugo obscuro, alto en no azucares (turbio) y acido, pasa a

una etapa menos acida y mucho más libre de impurezas.

Esta primera etapa es una de las etapas críticas del proceso ya

que toda partícula que no se remueve aquí más adelante genera

reacciones y compuestos no deseados en el azúcar.

El principio básico de la clarificación es la reacción básica de hace

ya muchos años entre la cal y el fosfato. La reacción y la cantidad

de cada uno son críticas ya que un exceso de uno o de otro ion

tiende a formar un precipitado gelatinoso; disminuyendo las

velocidades de sedimentación. A estas partículas y/o flocs se les

conoce en la industria como el floc primario.

En los años 50 aparecen unos coadyuvantes de clarificación, los

floculantes aniónicos. Estos productos originalmente fabricados por

DOW y distribuidos en la industria azucarera bajo el nombre

Separan revolucionaron el proceso de clarificación. La formación

de este floc secundario trae como consecuencia un jugo mucho

más claro, lodos mucho más compactos y velocidades de

sedimentación muchos mayores. Esta compactación de lodo

(cachaza) disminuye las pérdidas de azúcar en el lodo y permite

disminuir los tiempos en el clarificador disminuyendo las perdidas

por inversión, ofreciendo colores más bajos en el jugo y

aumentando rendimiento en fabrica.

Estos cambios han permitido modificar los clarificadores a sistemas

cada día más rápido. Con la disminución del tiempo el

proceso/equipo es más sensible a cambio. El entender el proceso

fisicoquímico facilita el manejo de estos equipos.

El principio básico de la clarificación consiste en insolubilizar los no

azucares solubles con el fin de luego separar las partículas en

suspensión. La ruptura del equilibrio (Potencial Zeta) de las

partículas solubles ocurre por una serie de reacciones

fisicoquímicas.

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Estas reacciones son:

Físico: Ajuste de: temperaturas, flujos y tiempos de reacción.

Químico: Balances estequiometricos de compuestos inorgánicos

tales como Cal, Fosfato los cuales ajustan pH y suplen la fuente de

compuestos requeridos para la formación del floc primario, como el

manejo de floculantes que manejan la formación del floc

secundario.

POTENCIAL ZETA

Tres estados de materia - gas, liquido y solido. Si uno de estos

estados esta finamente disperso en otro tenemos un SISTEMA

COLOIDAL. Estos sistemas tienen propiedades especiales que son

de mucha importancia practica. Consisten de una fase dispersa

distribuida de manera uniforme en un estado finamente dividido en

un medio de dispersión.

TEORIA DVLO

Se dice que la estabilidad coloidal de un sistema está determinado por la suma de las capas dobles de repulsión y fuerzas de atracción fuerzas de van de Walls las cuales son ejercidas entre las moléculas cuando una se aproxima a otro. La teoría propone que una barrera de energía la cual se genera de las fuerzas de repulsión evita que las partículas se adhieran unas con otras. Sin embargo si las partículas chocan con suficiente energía pasando dicha barrera, las fuerzas de atracción las hará entrar en contacto donde se adhieren con tal fuerza que el proceso es irreversible. La Doble Capa Eléctrica .El desarrollo de una carga neta en la superficie de la partícula afecta la distribución de iones en la región interracial que rodea a la partícula resultando en una capa de iones de carga opuesta a la de la partícula próximo a la superficie. Debido a este efecto existe una doble capa alrededor de cada partícula. La capa liquida que rodea la partícula existe en dos partes; una región interna (Capa Stern) donde los iones están fuertemente amarrados y una externa (difusa) donde están más libres. En la capa difusa (externa) hay una capa conocida como el plano de resbalo, donde la partícula actúa como una sola unidad. El potencial en esta capa es conocido como el potencial Zeta.

FORMACION DEL FLOC PRIMARIO

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La primera etapa o la etapa de la formación del floc primario. En

esta etapa se forma el complejo de fosfato de calcio. En este

proceso la adición del calcio cumple dos funciones. La primera es

un aumento de pH hasta el punto isoeléctrico el cual insolubiliza

algunas gomas, sales y proteínas seguido por una reacción con el

fosfato inorgánico presente en el jugo. Esta reacción forma

complejos insolubles (coagulo) o estructura conocido como floc

primario.

Es importante recordar que una sobredosificación o una falta de cualquiera de estos compuestos (Calcio y/o Fosforo) tienen como efecto la formación de un lodo gelatinosos coloidal con un leve carga (+) o (-) afectando la formación del floc y la velocidad de sedimentación del mismo.

FORMACION DEL FLOC SECUNDARIO

Estabilización Estérica – Esto involucra la adición de polímero al sistema el cual se adsorbe a la partícula causando repulsión. Es un proceso simple el cual requiere de la adición de un polímero adecuado Adición del floculante aniónico: Sucrofloc 6826, 7026, 6075, 7126

Como se observa en el diagrama el floculante aniónico es una sal de un acido débil el cual debe interactuar con las partículas en suspensión en el jugo. Estas sales pueden ser de diversas cargas

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aniónicas y diversos pesos moleculares. La selección de la carga y peso molecular debe realizarse tomando en consideración factores como condiciones del proceso y partículas presentes en los substratos que pueda modificar el balance eléctrico en el jugo. Como toda sal de acido débil cuando esta se disuelve en agua la sal parcialmente hidroliza. Esto ocurre debido a las propiedades del átomo de oxigeno en el agua. El agua actúa como una base de Lewis o un acido de Lewis formando enlaces de hidrogeno entre el par de electrones donadores y el hidrogeno en el agua “Teoría de HSAB”. Esta disociación es lo que permite que el polímero adquiera sus propiedades aniónicas El floculante aniónico (sal de un acido débil) hidrolizado y disociado

con el fin de garantizar su carga (-) se aplica al jugo.

La carga negativa del floculante aniónico hace un enlace con la carga

positiva del Ca+. Adicional a esto las sales de Na, Fe, Ca y Mg que

han insolubilizado se unen a la carga negativa del floculante aniónico

formando una retícula de impurezas.

Una sobre dosificación y/o una mala elección del polímero puede causar:

1. Una remoción imparcial de sales por falta de terminales amónicos.

2. Un remoción imparcial por exceso de terminales aniónicos creando un nuevo punto de equilibrio y/o efecto de dispersión.

SUCROCHEM escuchando las necesidades de nuestros

clientes ha enfocado sus esfuerzos en desarrollar productos

Página 22


que garantizan una alta velocidad de sedimentación, buena

compactación y eliminación de turbidez con la línea de polímeros:

Esta gama nos permite elegir productos de acuerdo a las

necesidades y condiciones de cada ingenio tomando en

consideración desde la calidad de la caña hasta el tipo de proceso y

sus parámetros de operación.

La elección y aplicación inicial por lo general se lleva a cabo por

uno de nuestros técnicos azucareros, el cual ha tenido previo

entrenamiento en el mundo azucarero con el equipo de desarrollo y

diseño de Tate & Lyle seguido por años de experiencia en

aplicación y uso de polímeros.

I.2.2. Variables :

Variable Dependiente

La coloración del jugo clarificado.

Variable Independiente

Calidad y cantidad de floculante y cal adicionados en el proceso.

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Variable Intervinientes

PH.

Temperatura.

Numero de llaves de cachaza

Impureza de la caña

I.2.3. Hipótesis:

Es factible obtener un jugo claro de la caña obtenido en el proceso de

clarificación a partir de un adecuado adicionamiento de floculante y cal;

teniendo en cuenta las condiciones de las variables intervinientes en

dicho proceso, llevando a cabo un debido control de las variables y

logrando así un jugo de buena calidad libre de impurezas; por lo tanto un

azúcar con una coloración exitosa.

II. MARCO METODOLOGICO

II.1. Diseño de Contrastación de la hipótesis

El diseño de contrastación es el diseño experimental puro el cual se

manipulan las variables independientes para lograr ver los efectos que

hay sobre las variables dependientes en una situación de control. Para

que un experimento sea puro requiere de ciertos requisitos.

La manipulación intencional de uno o más variables nos da entender que

el experimento se lleva a cabo para analizar si una o más variables

independientes afectan a una o más variables dependientes y porque la

afectan. La variable dependiente no se manipula, se mide. La variable

independiente es la que se manipula.

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DONDE:

Variable independiente: C (calidad y cantidad de floculante y de

cal)

Variable dependiente: E (coloración del jugo clarificado

II.2. Población y muestra

Población:

Etapa del Proceso de clarificación en la empresa Agropucala.

Muestra:

Una pequeña cantidad de jugo clarificado, jugo encalado y de las llaves de

cachaza obtenido en los tres clarificadores.

II.3. Materiales y metodología de la investigación

1. Materiales

Equipos de clarificación

Muestra del jugo de caña

Muestra del jugo encalado

Muestra del jugo clarificado

Ph metro

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E

C E1 E2 E3

C1 E1C 1 E2C1 E3 C1

C 2 E1C2 E2C 2 E2C3

C 3 E1 C3 E2 C3 E3 C3


Útiles de escritorio

Libreta de anotaciones

Software estadístico

2. Metodología de la investigación

Para el desarrollo del proyecto se llevara a cabo lo siguiente

Tiempo de muestreo

Toma de las muestras

Análisis a realizar para caracterizar la muestra

Técnicas analíticas

El tiempo de muestreo estaría determinado por el tiempo de residencia

del clarificador,el tanque de preparación de lechada de cal y la entrada

de materia prima al ingenio.

La caracterización se realiza en cuanto:

Contenido de fosforo en la materia prima

Grado de ph que presenta el jugo encalado

Grado de claridad y ph en el equipo de clarificación

Rangos de temperatura en los equipos a evaluar

II.4. Análisis estadístico de datos

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Para el análisis estadístico se van a realizar dos clases de medidas, la de

tendencia central y de dispersión:

Medidas de tendencia central: Estas medidas proporcionan un valor

numérico que refleja un puntaje promedio para todo un conjunto de

observaciones realizadas a nivel de laboratorio.

Las medidas de tendencia central que se van a calcular en el presente

proyecto de investigación son las siguientes: media aritmética, mediana.

Medidas de variabilidad o dispersión: estas medidas se refieren al

grado de dispersión entre los datos de una distribución. Sus medidas son

ampliamente utilizadas en la investigación.

Técnicas de recolección de datos: Recolección de muestras al azar de

jugo clarificado, jugo encalado y de las llaves de cachaza de los tres

clarificadores.

El programa que se utilizara para el análisis será Microsoft Office Excel

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III. DESARROLLO EXPERIMENTAL

PRUEBA DE SEDIMENTACION CON RESPECTO AL

FLOCULANTE PROFLOC 6040

1. Primero se procedió a tomar muestras: de jugo encalado, floculante

preparado del tanque preparador en dicho proceso, agua que se

utilizó para la preparación del floculante. Datos de Preparación:

Temp. Agua de Preparación= 41 °C, pH. Agua de Preparación=

7.66, pH de Floculante Diluido = 7.84

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2. Luego se tomó el pH del jugo encalado el cual arrojo 6.57 y se

corrigió a 7.6 en este caso la preparación de la dosis de laboratorio

fue de una concentración de 3 ppm. En el segundo caso se dejó el

pH a lo que arrojo pero lo que se hizo fue preparar la dosis de

laboratorio a una concentración 2ppm y de 3 ppm.

3. Se colocó a calentar la

muestra (jugo encalado) hasta una temperatura de 105 °C, en una

probeta de 250ml se agregó la muestra caliente y se aplicó la dosis

de floculante en la muestra, desde ese momento se procedió a

controlar el tiempo en que demoraba en sedimentar.

4. Después se procedió a tomar el pH de la muestra y se determinó el

porcentaje de cachaza en cada muestra.

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DETERMINACIÓN DE LA POL DE LAS LLAVES DE

CACHAZA DE CADA DOOR Y EL DEBIDO CONTROL DE

LAS VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE

CLARIFICACIÓN.

1. Primero se procedió a tomar muestras: de jugo encalado, jugo

clarificado, el cachazon de las llaves de cachaza de cada DOOR.

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2. Luego se tomó el pH del jugo encalado y del jugo clarificado del

proceso a una determinada hora.

Jugo encalado jugo clarificado

3. En una fiola de 100ml se agregó el jugo de las llaves de cachaza y

se le agrego una pisca de acetato se agito hasta que las partículas

sólidas presentes en muestra desaparecieran por completo.

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4. Después se procedió a filtrar las muestras de las llaves de cachaza

y el jugo filtrado se llevó al polarímetro con el cual obtuvimos la Pol

leída, también se procedió a medir los brix del jugo con el cual se

anotó una constante ya establecida.

Se multiplico esa constante con la Pol leída y se obtuvo la Pol

calculada

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5. también se procedió a anotar de las planillas la hora que

ingresa la caña a la fábrica, los pH que los operarios de

laboratorio anotan en el horario que ellos lo hacen y se

comparó con lo que nosotros anotábamos a las horas que

ellos no lo hacían, y también se anotó los campos y el %

de impurezas que tenían la caña de cada campo

IV. RESULTADOS

TABLA N° 01: DETERMINACION DEL TIEMPO DE

SEDIMENTACION CON RESPECTO AL FLOCULANTE

PROFLOC 6040

Fuente: resultados prueba sedimentación en laboratorio

TABLA N° 02:

TIEMPO DE SEDIMENTACION DE LA MUESTRA 01

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HoraToma deMuestra

pHJugo

Encalado

Dosis dePruebaLaboratorio

Muestra 1 Muestra 2 pHJugo

EncaladoTiempo Volumen

(ml)Tiempo Volumen

(ml)

12:00 pm6.57

Corregidoa 7.6

3 ppm

30" 110 30" 150

6.80

1' 84 1' 1101'30" 60 1'30" 90

2' 52 2' 802'30" 50 2'30" 74

3' 48 3' 703'30" 48 3'30" 69

4' 45 4' 685' 44 5' 64

10' 40 10' 56%

cachaza16% 22%

Muestra 1Tiempo Tiempo

(seg)Volumen

(ml)

30" 30" 1101' 60" 84

1'30" 90" 602' 120" 52

2'30" 150" 503' 180" 48

3'30" 210" 484' 240" 455' 300" 44

10' 600" 40



TABLA N° 03: TIEMPO DE SEDIMENTACION DE LA MUESTRA 02

En fuente: resultados prueba sedimentación en laboratorio

TABLA N° 04: COMPARACION DEL

TIEMPO DE SEDIMENTACION A

CONCENTRACIONES DISTINTAS

HoraToma

deMuestr

a

pHJugo

Encalado

Dosis dePrueba

Laboratorio

Muestra 1 Dosis dePrueba

Laboratorio

Muestra 2Tiemp

oVolume

n(ml)

Tiempo

Volumen

(ml)

2:00 pm 8.8 3 ppm 30" 120 2 ppm 30" 1401' 90 1' 118

1'30" 78 1'30" 1042' 70 2' 96

2'30" 66 2'30" 903' 64 3' 86

3'30" 64 3'30" 824' 60 4' 805' 54 5' 74

Página 34

Muestra 1

Tiempo Tiempo(seg)

Volumen(ml)

30" 30" 1501' 60" 110

1'30" 90" 902' 120" 80

2'30" 150" 743' 180" 70

3'30" 210" 694' 240" 685' 300" 64

10' 600" 56


10' 48 10' 60%

Cachaza

19% 24%


TABLA N° 05: COMPARACION DEL TIEMPO DE SEDIMENTACION A UNA CONCENTRACION DE 3 ppm


Página 35


(seg)Volumen

(ml)

30" 30" 1201' 60" 90

1'30" 90" 782' 120" 70

2'30" 150" 663' 180" 64

3'30" 210" 644' 240" 605' 300" 54

10' 600" 48


TABLA N° 06: COMPARACION DEL TIEMPO DE SEDIMENTACION A UNA CONCENTRACION DE 2 ppm

Fuente: resultados prueba sedimentación en

laboratorio

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(seg)Volumen

(ml)

30" 30" 1401' 60" 118

1'30" 90" 1042' 120" 96

2'30" 150" 903' 180" 86

3'30" 210" 824' 240" 805' 300" 74

10' 600" 60


DETERMINACIÓN DE LA POL DE LAS LLAVES DE

CACHAZA DE CADA DOOR Y EL DEBIDO CONTROL DE

LAS VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE

CLARIFICACIÓN.

MARTES 12 DE FEBRERO 2013

HORA

CONTROL DE pH TEMPERATURA DE

CALENTAMIENTORAPIDOOR 02

JugoEncalado

JugoClarificado

DOOR 01 DOOR 03

C1 C2 Cprom n° llaves Pol n° llaves Pol n° llaves08:00 a.m. 8.3 7.6 10

898 103 7 14.4 5 12.1 ----

10:00 a.m. 8.9 7.9 110

100 105 4 14.2 6 12.4 ----

12:00 p.m. 8.7 6.2 112

98 105 3 14.2 6 13.8 ----

02:00 p.m. ---- 7.2 ---- ---- ---- 1 13.6 7 13.6 ----TABLA N° 07: DATOS OBTENIDOS EN EL PROCESO DE CLARIFICACION

Fuente: LOS AUTORES (Laboratorio – Empresa PUCALA)

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CONTROL DEL PORCENTAJE DE IMPUREZA DE LA CAÑA

DE CADA CAMPO QUE INGRESA A LA EMPRESA PUCALA

TABLA N° 08: PORCENTAJE DE IMPUREZA DE CADA CAMPO

CAMPO HORAS%

Impureza

IZAGA 315X8:00 am, 10:00 am,

5:00 pm9:00 pm, 12.00 am

4.5

IZAGA 315E 9:00 am, 11:00 am6:00 pm, 9:00 pm

4.1

IZAGA 3151R

12:00 am,1:00pm,5:00pm

7:00pm,10:00pm,12:00am

4.6

SN.BALTAZAR 31132

2:00am,4:00am,5:00am

3.9

CAUHIDE 3489D

7:00am,8:00pm,11:00pm

2:00am,6:00am3.8

VICTOR 3827H

7:00am,4:00pm 4.5

TEODORO 35442

4:00pm,12:00am,3:00am

5.2

PALOMINO 3525H

6:00pm,1:00am 5.6

PROMEDIO 4.41Fuente: Planillas del área estadística (Laboratorio – Empresa PUCALA)

Página 38


CONTROL DEL pH DEL JUGO CLARIFICADO Y DEL JUGO

ENCALADO DE LA EMPRESA PUCALA

TABLA N° 09: CONTROL DE pH DEL JUGO CLARIFICADO Y ENCALADO

HORAJugo

EncaladoJugo

Clarificado07:00 a.m.

7.9 7.8

09:00 a.m. 8.9 7.9

11:00 a.m.

7.6 7.6

01:00 p.m. 9.2 6.6

03:00 p.m. ---- 7.3

05:00 p.m.

7.5 6.7

07:00 p.m. 7.8 7.3

09:00 p.m. 7.7 7

11:00 p.m. 8.4 7.2

01:00 a.m. 7.7 7.2

03:00 a.m. 7.5 6.5

05:00 a.m. 6.6 6.5

promedio 7.9 7.1 Fuente: Planillas del área estadística (Laboratorio – Empresa PUCALA)

V. CONCLUSIONES

Página 39


Los principales factores que originaron una pobre clarificación fueron: pH, materia prima, falta de control en la temperatura del tanque preparador del floculante, cantidad de floculante agregado, impurezas en el jugo.

La caña de azúcar utilizada de diversos campos, mostraba diferentes porcentajes de impurezas, con lo cual algunos de estos campos tenía mayores impurezas, lo que afectaba en la etapa de clarificación.

En el proceso de clarificación de la empresa agroindustrial Pucalá después de haber pasado el jugo mezclado por los calentadores a una temperatura de 105ºC,pasa al tanque flash, donde se mezcla junto con floculante preparado (el cual ha sido diluido en el tanque preparador a una temperatura de 80ºC),para luego ingresar al clarificador a una temperatura de, que es donde se obtiene jugo claro y cachaza(impurezas)

Se analizó que las condiciones en las que operó el proceso de clarificación fueron una temperatura en los calentadores en el rango de 105ºC,la temperatura en el tanque preparador era de 80ºC lo cual no cumplía con el rango de 45-50ºC que es en el que se debe operar lo que descomponía las moléculas de floculante, no cumplían con la dosificación de floculante adecuada, el tipo de floculante afectaba la velocidad en sedimentación y clarificación, y pH de jugo clarificado, encalado

Las pruebas que se llevaron a cabo en el laboratorio nos permitieron analizar las siguientes muestras: de jugo encalado en el cual el pH variaba generalmente en paradas cortas debido a la remoción del jugo, de jugo clarificado con un pH variante, se analizó también muestra de impurezas de jugo clarificado con lo que se midió el Bx y el Pol.

Se realizo también las pruebas de sedimentación con el floculante ProFloc 6040 lo cual se obtuvo buenos rendimientos después varios ensayos realizados los resultados que se obtuvieron fueron que la preparación debía ser a una concentración 2 ppm, según la tabla Nª01 y tabla Nª04.

VI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Página 40


2013

Meses

Actividades

ENERO FEBRERO MARZO

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

FASE DE PLANEAMIENTO

- Revisión bibliográfica

- Elaboración del Proyecto

- Presentación del proyecto

FASE DE EJECUCIÓN

- Registro de datos

- Análisis estadístico

- Interpretación de datos

FASE DE COMUNICACIÓN

- Elaboración del informe

- Presentación de informe

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Página 41


PETER REIN-VERLAG DR.ALBERT BARTENS KG-BERLIN 2012 -

INGENIERIA DE LA CAÑA DEL AZUCAR

SUCROCHEM PROCESS TECHNOLOGY LTD-CLARIFICACION DE

JUGO Y SELECCIÓN DE POLIMEROS

HUGOT, E.: MANUAL PARA INGENIEROS AZUCAREROS, ED.

REVOLUCIONARIA, LA HABANA, 1986.

HONIG, P.: PRINCIPIOS DE TECNOLOGÍA AZUCARERA, T, I, PP. 189-550, ED. PUEBLO Y EDUCACIÓN, LA HABANA, 1977

MANUAL DE OPERACIÓN PARA LA FABRICACIÓN DE AZÚCAR, EDITADO POR EL MINAZ

DOCUMENTACIÓN TÉCNICA DE LOS EQUIPOS DE LA FABRICA DE AZÚCAR, LITERATURA DE DIFERENTES FIRMASPRODUCTORAS

Firma de Investigadores

* Áreas Científicas y Tecnológicas (UNESCO 1998, modificado):

Ingeniería y Tecnología

Pucalá, marzo del 2013

Página 42


VIII

ANEXOS

OTROS TIPOS DE FLOCULANTE UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

Página 43


BOZEFLOC A

Página 44


Página 45


LIPESA 1558 Z:

Página 46


SUROFLOC SERIE 26:

Página 47


Página 48


ING. VILLARREAL ALVITRES

GERENTE DE FABRICA DE LA EMPRESA AZUCARERA.

AGRO PUCALA

Página 49

ESTUDIO de Agotamiento de Mieles

Documents

Transcript of ESTUDIO de Agotamiento de Mieles