¿De dónde viene el agua azucarada de la caña de azúcar?
La caña de azúcar es una planta herbácea que crece en regiones tropicales y subtropicales. Está ampliamente distribuido y plantado desde los 34° de latitud norte hasta los 31° de latitud sur, cubriendo más de 80 países y regiones. La superficie anual de siembra de caña de azúcar en el mundo es de aproximadamente 15,83 millones de hectáreas. El período de crecimiento de la caña de azúcar es de 10 a 16 meses, y el más largo es de 18 a 24 meses. El rendimiento de caña de azúcar por hectárea aumenta a medida que se alarga el ciclo de producción. Hawaii en Estados Unidos tiene el mayor rendimiento por hectárea, con 207 toneladas de caña de azúcar por hectárea. India y Brasil tienen la mayor superficie de plantación y producción de caña de azúcar.
Hay 14 provincias (regiones) en China que cultivan caña de azúcar, principalmente Guangdong, Guangxi, la provincia de Taiwán, Yunnan y Fujian, seguidas de Hainan, Sichuan, Jiangxi, Hunan, Zhejiang, Guizhou, Hubei, Henan y Shaanxi. La superficie plantada de caña de azúcar de mi país es de unas 900.000 hectáreas (incluidas 75.000 hectáreas en la provincia de Taiwán), con un rendimiento medio de caña de azúcar de 51 toneladas por hectárea, siendo las provincias de Taiwán y Fujian las que tienen los rendimientos más altos, 75 toneladas y 72 toneladas, respectivamente.
La composición química de la caña de azúcar varía mucho dependiendo de la variedad, el suelo, el clima y la madurez. La caña de azúcar madura contiene entre 70 y 77% de humedad, entre 12 y 18% de sacarosa, entre 9,5 y 12,0% de fibra, entre 0,5 y 1,4% de materia inorgánica y entre 0,7 y 1,0% sin azúcar.
La caña de azúcar, como materia prima para la producción de azúcar, debe contar con suficientes fuentes de caña para atender la producción de las centrales azucareras. Al mismo tiempo, se requiere que los tallos de la caña tengan un alto contenido de sacarosa y contenido de fibra y. Bajo contenido sin azúcar. El contenido de sacarosa de la caña de azúcar aumenta gradualmente con el período de crecimiento, alcanza el punto más alto cuando madura y luego disminuye gradualmente. Una vez cosechada, la caña de azúcar comienza a perder agua para reducir el peso, y la sacarosa se convierte gradualmente en azúcares reductores, reduciendo así la pureza. Es más propenso a deformarse en condiciones secas y de alta temperatura. Por lo tanto, la caña de azúcar no se puede almacenar y debe enviarse a la central azucarera para su procesamiento lo antes posible, preferiblemente dentro de los 2 días posteriores a la cosecha.
El proceso de producción de azúcar de la caña de azúcar incluye la extracción del jugo, limpieza, evaporación, cristalización, separación de la miel y secado. La tecnología de los últimos cuatro procesos es básicamente la misma que la de la producción de azúcar de remolacha (ver).
Existen dos métodos para extraer el jugo de la caña de azúcar: prensado y exudación. El prensado es un método de extracción del jugo de la caña de azúcar mediante equipos de pretratamiento y prensado combinados con un sistema de ósmosis. El método de percolación es un método en el que la caña de azúcar se trata previamente y se tritura, y el material de la caña de azúcar se lixivia con agua y jugo de azúcar diluido a través de un equipo de percolación y un determinado sistema de flujo de jugo, de modo que el azúcar de la caña de azúcar pueda lixiviarse y lavarse continuamente.
El principio de extracción del jugo mediante el método de prensado de la caña de azúcar es cortar la caña de azúcar en filamentos y láminas de material de caña de azúcar y colocarlos en el exprimidor, de modo que las células de la caña llenas de jugo de caña se presionen bajo presión. del rodillo prensador y bajo la acción de la presión del aceite se rompe la pared celular, se comprime el material de la caña, se trituran las células y con ayuda del sistema de ósmosis se descarga el jugo de caña, se utiliza agua o jugo fino; Se infiltra el bagazo que se descarga de la extrusora y comienza a expandirse para diluir el azúcar en las células y extraer más jugo de caña.
La Figura 1 [Proceso de producción por método de prensado] es el proceso de producción comúnmente utilizado por el método de prensado. La caña de azúcar se prensa varias veces mediante varias prensas de tres rodillos. Antes de que la materia prima de la caña de azúcar ingrese a la prensa final, se agrega agua para su infiltración. El agua que se agrega se llama remojo, y la dosis general es de 15 a 25% de la caña de azúcar. El jugo exprimido del último exprimidor se llama jugo exprimido del último exprimidor. Inmediatamente se bombea al exprimidor anterior como lixiviado para filtrar el material de caña de azúcar que ingresa a este exprimidor. El jugo fino exprimido se utiliza como jugo del exprimidor. exprimidor previo. El lixiviado llega a la segunda prensa. Este es el método de percolación compuesto comúnmente utilizado en las fábricas de azúcar. El jugo extraído por el primer y segundo exprimidor se combina en una mezcla de jugo y se envía a limpiar. La materia prima de la caña de azúcar que sale de la última prensa se llama bagazo. El bagazo contiene entre un 45 y un 50 % de agua, entre un 1 y un 4 % de azúcar, entre un 45 y un 52 % de fibra y entre un 1,5 y un 6 % de sólidos solubles. El bagazo se envía a las calderas como combustible o se utiliza como materia prima en otras industrias. La tasa de extracción de azúcar se utiliza para medir la eficiencia de extracción de azúcar del jugo y se define como el porcentaje en masa de sacarosa extraída de la caña de azúcar en relación con la sacarosa en la caña de azúcar. La tasa de rendimiento de azúcar de las fábricas de caña de azúcar está entre el 92 y el 97%.
Los principales equipos para prensado y extracción del jugo incluyen cortadores de caña, dispositivos de prensado y accionamiento, sistemas de infiltración y correspondientes equipos de transporte. El cortador de caña de azúcar consta de un cortador de caña de azúcar y un dispositivo de accionamiento. La imprenta consta de tres rodillos y un marco. Los rodillos de la prensa de tres rodillos están incrustados en un triángulo y se denominan rodillo superior, rodillo delantero y rodillo trasero según sus posiciones. Hay un cierto espacio entre el rodillo superior y los rodillos delantero y trasero.
Los extremos del eje de los tres rodillos de presión están equipados con dientes de transmisión y el rodillo superior es impulsado por un motor, turbina de vapor o máquina de vapor a través de un reductor, de modo que los tres rodillos de presión giran a la misma velocidad.
La capacidad de producción de una fábrica de azúcar de caña se expresa en las toneladas de caña de azúcar que tritura la fábrica de azúcar cada día. La capacidad de procesar la caña de azúcar está relacionada con el número de prensados, el grado de trituración de la caña de azúcar, el diámetro y longitud del rodillo prensador, la velocidad del rodillo, el contenido de fibra de la caña de azúcar y los requerimientos de azúcar. extracción. Por lo general, las fábricas de azúcar utilizan de 4 a 6 prensas para formar un tren de prensado. También hay 2 y 3 filas para satisfacer las necesidades de producción.
La composición química del jugo de caña de azúcar varía con la composición química de la caña de azúcar, el tiempo de almacenamiento y el ambiente poscosecha. Cuadro 1 [Composición del jugo de caña de azúcar] Composición química del jugo de caña de azúcar. La Tabla 2 [Composición de jugos mixtos de varios ingenios de caña de azúcar en el delta del río Perla, Guangdong, China (%)] enumera la composición química y el rango de variación de los jugos mixtos de varios ingenios de caña de azúcar en el delta del río Perla, Guangdong , Porcelana.
Desde finales de la década de 1980, la tecnología de extracción del jugo de la caña de azúcar ha tendido a fortalecer el pretratamiento de la caña de azúcar, de modo que el grado de trituración se puede aumentar al 70-80%, preste atención al uso de comederos altos, o; use dos El rodillo de alimentación a presión (también llamado rodillo de alimentación dentado) y la prensa tradicional de tres rodillos forman una prensa de cinco rodillos para fortalecer la alimentación y la prepresión de la prensa y, por otro lado, mejorar la capacidad de producción de la prensa; , en la penetración Durante el proceso de filtración, sobre la base del sistema de percolación compuesto, la mayor parte del jugo fino de la prensa regresa a la prensa y la cantidad de lixiviado aumenta sin aumentar el volumen de agua de percolación, de modo que el líquido El contenido del bagazo alcanza la saturación. El azúcar residual de la caña de azúcar se filtra y diluye completamente, aumentando así aún más el rendimiento de azúcar.
El método de prensado consume mucho acero y electricidad, pero tiene las ventajas de una gran adaptabilidad, una gestión técnica conveniente y un funcionamiento confiable. Sigue siendo el principal método de extracción del jugo de caña de azúcar.
El principio básico del método de exudación de la caña de azúcar es que existe una membrana plasmática entre el citoplasma y la pared celular de las células de la caña de azúcar, que puede absorber selectivamente sustancias extracelulares. Por lo tanto, la operación de lixiviación de extracción sólido-líquido se puede utilizar para extraer azúcar transfiriendo las moléculas de sacarosa de la caña de azúcar al lixiviado mediante lavado, dilución, infiltración y difusión.
El proceso de extracción del jugo por percolación de la caña de azúcar incluye principalmente el pretratamiento de la caña de azúcar, la percolación del azúcar y la deshidratación húmeda del bagazo. El proceso de exudación se puede dividir en dos categorías: una es la exudación de tiras de caña de azúcar, que se pretrata en caña de azúcar triturada y luego ingresa al dispositivo de exudación, utilizando agua de exudado y jugo diluido para obtener jugo de exudado; la otra es el prensado de bagazo, que es; La caña de azúcar pretratada primero se prensa para extraer el jugo de caña de azúcar cruda equivalente al 60-80% del contenido de azúcar de la caña de azúcar, y luego ingresa al dispositivo de prensado para exprimir y extraer aún más el jugo. El jugo de caña de azúcar cruda exprimido y el jugo prensado se combinan. en jugo mezclado para su purificación. El material de caña de azúcar que sale del percolador se llama bagazo húmedo y su contenido de humedad es aproximadamente del 85%. Deshidratado en el equipo de deshidratación, la humedad se reduce a menos del 50% y luego se envía a la caldera como combustible u otras materias primas industriales. El jugo fino obtenido por el equipo de deshidratación se llama jugo deshidratado. Generalmente se purifica mediante métodos químicos y físicos como la adición de ácido fosfórico, cal y calentamiento. El jugo claro se devuelve al dispositivo de permeación para ayudar a extraer y recuperar más azúcar. . La tasa de extracción de azúcar del método de exudación es aproximadamente la misma que la del método de prensado.
La tecnología de pretratamiento de la caña de azúcar requiere que el grado de trituración de la caña de azúcar del método de exudación de bagazo sea del 75-80%, y el del método de exudación de la caña de azúcar sea del 85-90%. Los trozos de caña deben quedar finos y escamosos, sin demasiadas virutas de caña, lo que ayudará a que el azúcar de caña se escurra con mayor eficacia. Los equipos de pretratamiento comúnmente utilizados son máquinas desgarradoras o desgarradoras de martillo, cortadoras de caña de azúcar o combinaciones de las mismas. El equipo de deshidratación utiliza una prensa de tres rodillos. Hay muchas formas de exudado, principalmente tipo plata, tipo BMA, tipo dessmet, tipo DdS y tipo Saturno. Las diferentes formas de exudado tienen sus propias características, pero los efectos del proceso son más o menos los mismos. Diversas cafeteras tienen partes móviles y sistemas de permeación graduados para hacer que el material de la caña de azúcar avance o gire continuamente. La materia prima de caña de azúcar pretratada se envía a un extremo del percolador y al otro extremo se agrega agua de percolación que representa el 25% de la caña de azúcar. El azúcar se extrae mediante percolación y el bagazo húmedo se descarga por este extremo. Con la ayuda de un sistema de percolación de múltiples etapas, el material de caña de azúcar y el líquido de extracto se someten a una percolación en contracorriente de múltiples etapas, y el jugo filtrado se descarga desde el extremo del material de caña de azúcar. Nivel del sistema de infiltración: el nivel de exudación de la seda de caña de azúcar es de 12 a 18, el tiempo de exudación es de 20 a 35 minutos; el nivel de exudación del bagazo es de 8 a 12, el tiempo de exudación es de 16 a 26 minutos. La temperatura de exudación se mantiene entre 80 y 90 °C calentando el jugo diluido para mantener la temperatura de exudación en la zona de craqueo térmico del dispositivo de exudación, y la temperatura de exudación final es de 50 a 65 °C. Los principales factores que afectan la eficiencia de extracción de azúcar de la diafiltración son el grado de molienda de la caña de azúcar, la temperatura de diafiltración, el tiempo y el volumen de agua de diafiltración. La capacidad de producción de una cafetera depende principalmente de su tamaño estándar y del caudal de jugo de caña a través del lecho de caña.
Los factores que afectan la velocidad del jugo de caña que fluye a través del lecho de caña incluyen la calidad de la caña de azúcar, el grado de trituración del pretratamiento, el espesor del lecho de caña, la calidad del jugo deshidratado y la temperatura de filtración.
El método de exudación tiene la ventaja de ahorrar costes de acero, electricidad, inversión y mantenimiento. Pero los requisitos de gestión técnica son mayores y el consumo de vapor es mayor.
Utilice los efectos químicos y físico-químicos del detergente y el calentamiento para limpiar, y utilice el método de separación sólido-líquido para eliminar en la medida de lo posible diversas sustancias no azucaradas que afectan la cristalización de la sacarosa en el jugo mezclado. , lo que resulta en un valor de color bajo, jugo claro y puro.
El método de elaboración de azúcar a partir de caña de azúcar lleva el nombre del detergente principal utilizado en el proceso de limpieza. En la actualidad, los métodos de limpieza comúnmente utilizados para producir azúcar blanco y azúcar moreno a partir de caña de azúcar en varios países productores de azúcar incluyen principalmente el método del ácido sulfuroso, el método de la cal y el método del ácido carbónico.
El método del ácido sulfúrico utiliza cal y dióxido de azufre como principales detergentes. El jugo mezclado se somete a un remojo previo en cenizas (Figura 2 [Flujo del proceso de ácido sulfúrico]), calentamiento primario, fumigación y neutralización de azufre, calentamiento secundario y luego ingresa al sedimentador. El jugo claro separado y el jugo de lodo se filtran para obtener jugo filtrado, que se mezcla con el jugo claro, se calienta, se evapora multiefecto en almíbar y luego se usa para la fumigación con azufre con el jarabe para obtener jarabe clarificado como materia prima de cristalización.
Figura 2 [Flujo del proceso de ácido sulfúrico] La intensidad de la fumigación con azufre es un indicador de la absorción de SO por el jugo de caña de azúcar. Generalmente se expresa mediante titulación de yodo y se expresa por el número de mililitros de solución de yodo N/32 consumidos por. 10 ml de jugo de fumigación con azufre.
El principio del método del sulfito es utilizar iones de sulfito e iones de calcio para reaccionar y formar partículas de sulfito de calcio, que absorben los pigmentos del jugo de caña de azúcar. El calentamiento hace que las sustancias coloidales se coagulen y aceleren la sedimentación; el valor del pH de neutralización se ajusta para permitir que algunas sustancias no azucaradas alcancen el punto de coagulación y produzcan precipitación y otros efectos químicos y físico-químicos para lograr el propósito de limpieza. El remojo previo y el calentamiento primario también pueden inhibir la proliferación de microorganismos en el jugo de caña de azúcar.
El sulfito es un agente reductor y blanqueante. Reduce temporalmente el pigmento a una sustancia incolora, que cambiará gradualmente de color cuando se exponga al aire durante mucho tiempo. Esta es también una de las razones por las que el azúcar blanco preparado mediante el método del sulfito se vuelve amarillo si se deja durante mucho tiempo.
La sacarosa se hidrolizará en condiciones ácidas formando una mezcla de glucosa y fructosa, llamada azúcar invertido. Debido a sus propiedades reductoras, la industria azucarera también se conoce como azúcar reductor. Los azúcares reductores son estables en soluciones ácidas, pero se descomponen rápidamente en soluciones alcalinas a altas temperaturas para generar ácidos orgánicos como hexosa, ácido salicílico, ácido glucónico y complejos oscuros. Estas sustancias no son fáciles de eliminar. La tez de color intenso también afecta el valor del color del producto. El propósito de controlar el valor del pH del jarabe mediante fumigación con azufre es evitar la descomposición del azúcar reductor durante la cristalización, mejorar el valor del color y utilizar el efecto blanqueador del ácido sulfuroso para reducir el valor del color y la viscosidad.
El dióxido de azufre en el proceso de neutralización por fumigación de azufre se produce cuando se quema azufre en un horno de combustión de azufre. El dióxido de azufre gaseoso se bombea a través de un neutralizador de fumigación de azufre de tubería vertical con múltiples boquillas, que es similar a un extractor de vacío con chorro de agua. Entra completamente en contacto con el jugo de caña de azúcar rociado en la tubería y reacciona para generar ácido sulfuroso. Al mismo tiempo, se agrega cal en varios puntos del tubo de escape y del tanque de jugo para neutralizar, completando así el proceso de fumigación y neutralización del azufre.
La mayoría de los equipos de calefacción utilizan calentadores de tubos de múltiples pasos. La filtración de jugo de lodo generalmente utiliza un filtro de succión de vacío de tambor, y también hay filtros prensa generales de placa y marco. El sedimentador continuo con agitación (también conocido como sedimentador Dole) es uno de los equipos de separación por sedimentación. Se divide en cuatro o cinco capas mediante particiones. La capa superior es la capa de unión, la capa inferior es la capa de espesamiento del lodo y la capa intermedia es la capa de sedimentación. El jugo claro se descarga principalmente de cada capa de sedimentación. El jugo de lodo impulsa lentamente su rastrillo de jugo de lodo con la ayuda del eje central del dispositivo, haciendo que fluya hacia el fondo y se libere, logrando así el propósito de sedimentación y separación.
En el método del sulfito se suele utilizar ácido fosfórico como detergente auxiliar. Reacciona con la cal para formar sedimento floculado. Tiene un fuerte efecto de adsorción sobre algunas sustancias y pigmentos sin azúcar. La industria azucarera generalmente cree que los jugos mezclados que contienen de 300 a 400 ppm de pentóxido de fósforo eficaz pueden lograr buenos resultados.
En la última década, un polielectrolito sintético, también conocido como floculante, se ha utilizado ampliamente en las fábricas de azúcar. Es un compuesto polimérico. Comúnmente se usa poliacrilamida, con un peso molecular de aproximadamente 2 millones a 20 millones. Su dosificación es muy pequeña, unas pocas ppm son suficientes para provocar que las partículas se agreguen formando flóculos gruesos, acelerando la sedimentación y filtración.
Basado en el método del ácido sulfuroso y utilizando floculantes, se puede separar del jugo de la caña de azúcar en condiciones alcalinas una gran cantidad de coloides, pigmentos y algunas sales inorgánicas. Es un nuevo proceso que utiliza tecnología de separación por flotación de aire para hacer flotar las partículas aglomeradas y eliminar la mayoría de las sustancias no sacáridas, y luego neutraliza el jugo claro alcalino con ácido fosfórico y lo coloca en un sedimentador. El valor del color del jugo purificado es entre un 30 y un 40% menor que el del método de sulfito original, mejorando así la calidad del azúcar blanco.
El uso de tecnología de separación por flotación de aire para purificar el jarabe de sulfito también puede mejorar la calidad del jarabe y del azúcar blanco.
El método de la cal utiliza la cal como detergente principal. Remoje previamente el jugo mezclado con ceniza a un pH de 6,4, caliéntelo a 60 °C, agregue ceniza para neutralizarlo a un pH de 7,6 ~ 8,0, caliéntelo a 100 ~ 102 °C y separe el jugo claro y el jugo de lodo en el sedimentador. . Filtrar el jugo de lodo para obtener el jugo filtrado, mezclarlo con el jugo purificado y obtener almíbar mediante evaporación y cristalización multiefecto.
El método de la cal tiene un proceso simple y menos equipo. Solo se basa en agregar ceniza para neutralizar el jugo de la caña de azúcar para producir una pequeña cantidad de precipitación y calentar la coagulación. Elimina menos sustancias y pigmentos no azucarados durante la coagulación. el proceso de limpieza, por lo que es apto para la producción de azúcar moreno.
Método de purificación del jugo de caña de azúcar por carbonatación utilizando cal y dióxido de carbono como principales detergentes. El flujo del proceso (Figura 3 [Flujo del proceso de carbonatación]) es el siguiente: calentar el jugo mezclado una vez para obtener cenizas previas, luego pasar dióxido de carbono y agregar el exceso de lechada de cal para precipitar una gran cantidad de sal de calcio, luego calentar y filtrar. para obtener jugo de carbón clarificado, luego calentar y filtrar nuevamente. El jugo de carbón clarificado se obtiene dos veces, luego se ahuma con azufre, se calienta y se evapora hasta obtener almíbar. Luego se lleva a cabo el blanqueo con azufre para reducir el valor del pH a 5,8 ~ 6,4 y se lleva a cabo la cristalización.
El principio del proceso de carbonatación utiliza principalmente la buena adsorción de una gran cantidad de partículas de carbonato de calcio generadas por la reacción durante el proceso de saturación de un carbono a coloides, pigmentos y otros elementos sin azúcar para reducir el color. valorar y mejorar la pureza del jugo claro. Sin embargo, dado que el jugo de caña de azúcar contiene una gran cantidad de azúcar reductor, para evitar la descomposición en condiciones de alta temperatura y condiciones alcalinas fuertes, la cantidad de cal agregada a un carbono es 1,5 ~ 2,0% del jugo de caña de azúcar, y el pH adecuado para un carbono es 10,5 ~ 65433. La siguiente carbonatación es para controlar el pH a 8,0 ~ 8,4. La carbonización se logra ingresando CO para precipitar completamente las sales de cal y calcio disueltas en el jugo claro de un solo carbono tanto como sea posible, y adsorber algunas impurezas y pigmentos para mejorar aún más la calidad del jugo claro.
Al introducir SO en el jugo claro, el jugo claro se evapora en almíbar en condiciones casi neutras, evitando la destrucción de los azúcares reductores, aumentando el valor del color y reduciendo la viscosidad del almíbar. La introducción excesiva de CO cuando está lleno de dióxido de carbono no logrará el efecto de este proceso, porque aumentará el contenido de sal de calcio y afectará el efecto de limpieza.
La fábrica de azúcar carbonatada está equipada con un horno de cal. El CO y el CaO producidos al calcinar la piedra caliza en el horno son necesarios para el proceso de producción de este método.
El efecto de limpieza del método del ácido carbónico es mejor que el del método del ácido sulfuroso y la calidad del producto es mejor. Sin embargo, la limpieza consume muchos materiales, el coste es elevado y el tratamiento de lodos es difícil. El proceso del ácido carbónico es más complejo que el proceso del ácido sulfúrico y tiene requisitos técnicos operativos más altos.