Gerlan Nasário Monteiro da Silva
Serquimica Industria de Produtos Químicos LTDA
gerlan.engenharia@Serquimica.com.br
Resumo: Uma das mais antigas operações químicas em curso no Brasil é a produção de açúcar e álcool em usinas sucroalcooleiras integradas, desde a época da colonização este setor tem figurado na história brasileira. O processo de produção sucroalcooleiro não pode ser considerado de baixa complexidade. As usinas apresentam enorme variedade de operações unitárias, desde a obtenção da matéria-prima (no plantio) até a saída do produto final (açúcar e/ ou álcool). As etapas do processo de produção são bem definidas e interligadas, e necessitam estarem bem equalizadas entre si, para obtenção de melhores resultados. Este trabalho foi realizado em uma unidade produtora de açúcar e etanol localizada no Triangulo Mineiro e tem como objetivo apresentar alguns benefícios da utilização de antincrustante em uma das etapas deste processo produtivo, a evaporação, que está na etapa do tratamento de caldo.
PALAVRAS-CHAVE: evaporação; incrustação; antincrustante.
- Introdução
A produção de açúcar nas usinas sucroalcooleiras pode ser dividida a grosso modo, nas seguintes “etapas”, Recepção e esmagamento da cana, tratamento e evaporação de caldo, cozimento do açúcar, secagem e armazenamento do produto final, estas etapas maiores podem ser subdivididas em etapas menores. Este trabalho tratará especificamente da evaporação, que está localizada dentro da etapa de tratamento do caldo [3].
Ao sair da moenda o caldo é depositado em seus respectivos tanques: tanque de caldo primário ou de caldo secundário. A partir de então, começa o processo de tratamento e evaporação de caldo. O tratamento do caldo tem como objetivo eliminar as impurezas presentes no caldo, provenientes do campo e do processo de moagem da cana. Também é o processo que eliminará os microrganismos e bactérias. Já a parte de evaporação, como o nome já sugere, concentra a os açúcares no caldo através da evaporação da água [1].
Os aparelhos de evaporação dispõem de tubulações que conduzem o vapor e também o caldo, separadamente. Através da indução, é feita a troca de calor entre o caldo e o vapor. Esses dutos que conduzem o caldo acumulam sujeira e incrustações, que acabam dificultando e até impossibilitando que haja a troca de calor. Dessa forma, o processo acaba sendo mais longo ou ineficiente [1,2]. Essas incrustações são provenientes de algumas substâncias sólidas dissolvidas e que devido à troca de temperatura e inúmeros fatores químicos e físicos, tem seu coeficiente de solubilidade reduzido, favorecendo a formação de cristais que se depositam nas paredes da tubulação. A composição dessas incrustações varia, de usina para usina. Na maioria das vezes, é encontrado na composição dessas incrustações o cálcio [1].
Segue abaixo os principais compostos que formam tais incrustações:
- Carbonato de Cálcio – CaCO;
- Oxalato de Cálcio – CaC2O4;
- Hidróxido de Magnésio – Mg(OH);
- Silicato de Cálcio – CaSiO;
- Silicato de Magnésio – MgSiO;
- Óxido de Ferro II – FeO;
- Hidróxido de Zinco – Zn(OH)2.
Para a manutenção do funcionamento ideal do equipamento de evaporação é necessário a manutenção destes tubos limpos favorecendo a troca térmica em tempo e quantidade necessária para a evaporação da água e concentração dos açucares do caldo. A limpeza dos equipamentos de evaporação, podem ser realizadas de duas formas; (a) Limpeza mecânica (tempo de parada de médio de 22 horas, tempo de limpeza de 8 a 10 horas), com a utilização de hidrojato ou rosetas e (b) Limpeza química (tempo médio de parada de 22 horas, tempo de limpeza 14 a 18 horas), com a adição de compostos ácidos e alcalinos aditivados.
Na limpeza mecânica, como o próprio nome fala, a remoção da camada de incrustação é realizada pela ação mecânica dos jatos de água do hidrojato ou pelo atrito das engrenagens das rosetas com a camada de incrustação. Na limpeza química, as camadas de incrustação, são removidas pela interação química dos compostos ácidos e alcalinos e os componentes da camada de incrustação, os aditivos adicionados nestes produtos, servem para evitar a corrosão das paredes dos tubos. Em média, a campanha (tempo de funcionamento em boas condições de evaporação de um evaporador) gira em torno de 5 a 7 dias, após isso é necessário a realização de limpeza.
Um fator importante a ser destacado é que se a tubulação da evaporação não estiver limpa, a incrustação se formará cada vez mais rapidamente, no entanto, se estiver com a superfície dos tubos lisa (limpa), não ocorrerá depósito com tanta facilidade.
Com a remoção da incrustação de forma mecânica principalmente com rosetas, ocorre o aparecimento de “ranhuras’’ nas paredes dos tubos, favorecendo assim a deposição da incrustação.
A deposição de incrustação nas paredes dos tubos, pode ser diminuída com a utilização de composto antincrustante, o qual reduz consideravelmente a deposição da incrustação nas paredes dos tubos, proporcionando com isso:
- Aumento do período de campanha do evaporador;
- Economia de vapor devido à maior eficiência na troca térmica dos evaporadores;
- Limpezas rápidas e de alta qualidade;
- Redução de custo com limpeza química;
- Produção de açúcar de melhor qualidade;
- Aumento da vida útil do equipamento.
O antincrustante age de duas formas no equipamento de evaporação, na primeira o antincrustante forma uma película fina na superfície do tubo, tornando-o mais liso e protegendo a parede do tubo da deposição dos sais, o excedente em solução realiza a segunda etapa da proteção, onde os sais de cálcio e magnésio reagem com o antincrustante presente na solução, evitando o crescimento estável da estrutura cristalina, fazendo com que as pequenas partículas formadas permaneçam em solução, aumento o limite de solubilidade desses sais, retardando assim a precipitação causadora da incrustação. O pouco de incrustação que precipita, fica com uma “dureza” bem menor que a convencional, facilitando assim a limpeza, diminuindo com isso o tempo de limpeza e o consumo de produtos químicos.
A seguir mostraremos um estudo de caso realizado numa unidade sucroenergética localizada no triangulo mineiro, comparando dois tipos de antincrustante e mostrando os benefícios da utilização deste produto na evaporação.
Carta Teste: 012/17
Descrição do Produto: ANTINCRUST SQ 48
Fornecedor: SERQUÍMICA INDÚSTRIA DE PRODUTOS QUÍMICOS LTDA
- Metodologia
Aquisição de 20.000 Kg do produto, com início de dosagem em 26/08/2017 e término em 13/10/2017. A dosagem iniciou com 100 ppm, considerando a situação crítica da unidade (onde as válvulas multivias não fechavam por conta da incrustação), após a melhora foi reduzida gradativamente até os 40 ppm, atualmente dosamos 30 ppm de antincrustante em relação ao caldo. A dosagem foi distribuída igualmente entre pré-evaporadores, 3º efeito e 5º efeito. Em substituição ao produto utilizado do fornecedor B, que não apresentou eficiência na aplicação.
2.1. Metodologia Analítica
A determinação dos dados se deu por análises realizadas pelo laboratório industrial e de sacarose da unidade na qual o teste foi realizado, seguindo as metodologias de análises utilizadas diariamente na unidade.
- Resultados e discussões
Os resultados evidenciaram que houve redução da camada de incrustação no feixe tubular dos evaporadores e consequente redução no consumo de ácido fórmico na limpeza química. No gráfico 1 é apresentado o consumo de ácido fórmico antes do teste, nos meses de julho e agosto, e o resultado do mês de setembro, após a aplicação do antincrustante SQ 48.
Analisando os dados do gráfico1, é possível observar uma redução considerável no consumo de ácido fórmico na limpeza química quando foi realizada a aplicação do antincrustante SQ 48. O consumo de julho foi de 18000Kg, o consumo de agosto foi de 21.000Kg, em setembro o consumo reduziu para 15000Kg, uma redução de 16% em relação a julho e 30% ‘em relação a agosto no consumo de ácido fórmico da limpeza química.
Com os evaporadores mantendo-se limpos por maior tempo, observamos uma maior eficiência da evaporação, que podemos comprovar através das análises de Brix do xarope. Com os dados do boletim analítico, foi plotado o gráfico 2 com a média de Brix de cada mês:
Analisando os dados do gráfico 2 é possível perceber a melhora na concentração do xarope, devido a manutenção do equipamento trabalhando em condições de limpeza ideal por mais tempo com a aplicação do antincrustante. Um aumento de 8% em relação a julho e 5,8% em relação a agosto.
Com o xarope mais concentrado, a fábrica de açúcar torna-se mais eficiente, reduzindo o tempo de cozimento do açúcar. O efeito foi a maior produção de açúcar, conforme segue no gráfico 3:
Os resultados obtidos na produção de açúcar final são considerados adequados para avaliar como positiva a utilização de antincrustante na evaporação. Um aumento de 11,5% em relação a julho e de 9,3% em relação a agosto.
- Conclusões
Analisando os resultados obtidos e expostos acima, é possível comprovar os benefícios da utilização de antincrustante na economia de vapor, na redução de custo e na melhoria da limpeza, através do aumento do Brix do xarope e do ganho de produtividade da planta industrial. Estes fatores estão automaticamente atrelados à redução de custos com a utilização de antincrustante na produção de açúcar.
Uma importante consideração foi o aumento do tempo de operação dos equipamentos em condições ideais. A dosagem ideal de antincrustante depende das condições de incrustação da evaporação, normalmente gira em torno de 30 a 50 ppm, em relação a vazão de caldo da evaporação.
- Referências bibliográficas
[1] JESUS, G.; HUNHOFF, F. Comparação de Métodos de Limpeza das Tubulações no Processo de Obtenção de Açúcar. Anais Inovação, Tecnologia, Gestão e Sustentabilidade, Tangara da Serra – MT, V. 03. Disponível em: https://even3.blob.core.windows.net/anais/54520.pdf. Acesso em: 08/02/2021.
[2] MEDRONE, N.; SOUSA, W. Analise de Custos e Viabilidade Econômica de Usinas Sucroalcoleiras com Diferentes Sistemas de Funcionamento das Linhas de Evaporadores. Dissertação (Graduação em Engenharia Química) – Escola politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo – SP. 39f. 2012.
[2] MACHADO, Simone Silva. Tecnologia da Fabricação do Açúcar. Inhumas: IFG; Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria, 2012. 56 p.
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