Medición de Variables Analíticas en el Proceso de Azúcar y Alcohol - METTLER TOLEDO
Español

Medición de Variables Analíticas en el Proceso de Azúcar y Alcohol

Proceso de Fabricación:
La caña de azúcar es la principal materia prima en la produción industrial de azúcar y alcohol. Su origen pueden ser dos:

  • Caña de azúcar “picada”: este tipo de materia prima es cosechado mecánicamente, a través de maquinas. Esta manera no requiere la quema de las plantaciones. Esta opción es preferente cuando la plantación está cerca de una ciudad.
  • Caña de azúcar “cosechada”: la materia prima es cortada manualmente, después de la quema de la plantación. La quema permite que los cortadores avancen por la plantación para extraer la caña de azúcar.

Figura 1: Llegada y descarga de los camiones con caña de azúcar en la planta industrial.
Al llegar a la planta de producción, la caña de azúcar necesita ser lavada, para eliminación de pequeños insectos, arena, eventuales hojas, etc. Este lavado, en muchos casos, es hecho en solución ácida muy diluida o con agua bruta. Al hacerse el lavado en solución ácida diluida, el control de pH es necesario.

En este punto del proceso, el pH varia entre 3 – 4 pH. Un sistema adecuado para esta aplicación podrá ser, para instalación en tuberías:

Después del lavado de la caña de azúcar, ésta es transportada para las moliendas, donde es extraído el jugo de caña, que pasa por coladores rotativos para eliminación de hollejos o casca residuales.

Figura 2: Moliendas de caña de azúcar.
                                                     

 









 
Figura 3: Separación de los hollejos  


El jugo de caña extraído sigue para el proceso, pudiendo ser utilizado para la producción de azúcar o alcohol, dependiendo de las necesidades de cada ingenio.                                                                                    
 


Producción de azúcar:

En la produción de azucar, el jugo de caña sigue para la sulfitación, proceso químico de fundamental importancia para obtener un azúcar blanco.
La sulfitación, como el propio nombre indica, está relacionada con la adición de azufre en el jugo de caña. La medición de pH es de fundamental importancia en este punto, pues define la cantidad que debe ser añadida. El siguiente sistema es adecuado para esta aplicación:

El valor de pH está, para el punto de caldo sulfitado, en el rango de 2 – 3 pH. Al haber presencia de iones sulfato en la solución, no se recomienda usar el electrodo con polímero Xerolyt®. Sí se recomienda en cambio un electrodo con electrolito Argental®, pues la precipitación en el diafragma es reducida gracias al sistema de referencia Argenthal®, que posee una barrera iónica que impide el depósito de sulfato de plata en el diafragma. Este sistema de referencia está patentado por Mettler Toledo.
La instalación habitual del electrodo es en tuberías, en la que la caña de soporte del electrodo puede ser enroscada a a un adaptador recto DN-25 (weld in socked), soldado a la tubería.

Figura 4: “Azufraderas”, donde el azufre es añadido al jugo. La cantidad adicionada depende del valor de pH.


A causa de que el pH está sumamente ácido después de la sulfitación, éste debe ser corregido. Para ello, se utiliza lechada de cal (hidróxido cálcico), que eleva el valor del pH. Por lo tanto, la adición de la lechada de cal también se monitoriza y se controla a través de la medición del pH. Este punto de medición es comúnmente llamado de jugo caleado.
El rango de medición de pH del jugo caleado es de 6,5 – 7,5. Uno de los principales problemas es la adhesión de cal en el diafragma del electrodo, pudiéndolo obturar (lo que exige mantenimiento y limpieza más frecuentes).


Figura 5: Electrodo de pH insertado en proceso para medición direta en línea. En este caso, por limitación en el diámetro de la tubería, la instalación fue hecha en una cámara de flujo.

A causa del problema descrito anteriormente (adhesión o depositación de cal), la instalación de un sistema automatizado de limpieza del electrodo incrementa su vida útil y también facilita el mantenimiento del mismo. El sistema automatizado de limpieza tambiém disminuye el contacto manual com el electrodo, minimizando el riesgo de ruptura por choques mecánicos.

Figura 6: La sonda InTrac 777 Mettler Toledo permite la limpieza automatizada de electrodos, lo que incrementa la vida útil del mismo y facilita el mantenimiento.

La limpieza del electrodo es hecha en el própio soporte, dentro de una cámara de lavado y se puede utilizar agua o soluciones químicas (ácido nítrico 5%, por ejemplo) para eso. El intervalo entre dos limpiezas consecutivas y el tiempo de duración de estas puede ser ajustado en el propio transmisor de pH.

Para este punto de medida de pH, se recomienda el siguiente sistema de medición:

Figura 7: El electrodo con sistema de referencia Xerolyt® no presenta diafragma, lo que facilita su mantenimiento.


Otra ventaja del sistema recomendado para el punto de medición en cuestión es la utilización del electrodo con sistema de referencia Xerolyt®. Este tipo de electrodo no tiene diafragma, sino un orificio abierto, lo que también facilita su mantenimiento, ya que no hay necesidad en preocuparse con la limpieza del diafragma, punto de extrema importancia para el sistema de referencia de un electrodo de pH.

El jugo, después de la adición de cal, sigue para los flotadores, etapa previa a la decantación. La flotación (retirada de material sólido) ocurre y es facilitada por la adición de un polímero. Un correcto control de pH permite la adición correcta de polímero, optimizando la cantidad requerida en el proceso. Durante la flotación, el electrodo de pH también está expuesto a obturación del diafragma. Por lo tanto, se recomienda el siguiente sistema de medición:

Después de la flotación y decantación, el jugo sigue para los evaporadores y posteriormente, para la centrifugación. El azúcar extraído es secado y empaquetado.

 

Figura 8: Después de seco (arriba), el azúcar es empaquetado y está listo para el consumo (derecha).

Producción de alcohol:

La producción de alcohol empieza, prácticamente, con la fermentación del jugo que no fue utilizado para la producción de azúcar, o sea, no ha pasado por los procesos de sulfitación y caleación (descritos anteriormente).
La fermentación alcoholica del jugo de caña produce etanol, que es posteriormente separado a través del proceso de destilación. Las levaduras responsables de la fermentación requiren condiciones controladas de temperatura y pH para actuar.



Figura 9: Fermentador en el que se produce el etanol.

Figura 10: El transmisor M400 es muy utilizado para mediciones de pH
en todos los puntos de producción de azúcar y alcohol.
 


El valor de pH del jugo debe estar entre 3,0 – 3,5 para que se obtenga máxima eficiencia en el proceso fermentativo. El sistema de medición recomendado es:

 La instalación del sistema es, normalmente, hecha en tuberías, en la recirculación del mosto en fermentación que pasa por el enfriador (control de temperatura).

Otras aplicaciones en la producción de azúcar y alcohol: La medición de conductividad también merece especial atención para los productores de azúcar e alcohol. Básicamente, dos aplicaciones són comunes hoy en dia: el retorno de condensado a las calderas y el tratamiento y purificación de agua a través de sistemas de ósmosis inversa, en el contexto de cogeneración de energia.
Ambas aplicaciones involucran valores de baja conductividad. De esta forma, debemos siempre optar por los sensores con 2 electrodos.
El condensado del vapor generado por las calderas es reaprovechado. Para eso, se debe verificar su calidad del mismo a través de la medición de conductividad. La medición es en torno a 20-50 uS/cm y la temperatura aproximadamente 100ºC. El sistema de medición recomendado para este punto es:

  • Sensor de conductividad, rango 0.02 a 2000uS/cm, 131ºC, ref. 58031222 o similar
  • Transmisor M300 cond Thornton
  • Cable para conductividad 58 080 25X 

La instalación puede ser hecha en tuberías, a través del uso de un manguito recto (DN-25) soldado a la tubería.
Actualmente, es muy comun oír hablar de cogeneración de energia en las plantas de azúcar e alcohol, utilizando como combustible de las calderas de generación de vapor el hollejo de la caña.
El água utilizada en la caldera debe estar muy limpia, es decir, libre de iones que puedan formar sales insolubles y precipitar en los tubos de las calderas, lo que disminuiría la eficiencia térmica de la misma y también podría causar corrosion o incluso acidentes.
Por ello, antes de la alimentación de la caldera, el água debe pasar por un sistema de tratamiento (osmosis inversa o deionización con resinas de intercambio iónico). Una medición de conductividad después del tratamiento permite verificar su eficiencia, permitiendo que el água sea desviada de la alimentación de la caldera en caso de que esté fuera de los patrones pre-estabelecidos.
Por lo general, después de un tratamiento en ósmosis inversa o desmineralizador, tenemos un rango de medición de conductividad de 0,5 – 10 µS/cm. Un sistema adecuado para esta medición es:

  • Sensor de conductividad, rango 0.02 a 2000uS/cm, 131ºC, ref. 58031222 o similar
  • Transmisor M300 cond Thornton
  • Cable para conductividad 58 080 25X
  • Cable para conductividad

Figura 12: Sistema de osmosis inversa que trata el agua que alimenta calderas.

Tratamento de Efluentes:

Como en cualquier industria, la producción de azúcar y alcohol genera efluentes industriales, que deben ser tratados antes de desagüe al exterior. Las condiciones aceptables de los efluentes dependen de la legislación vigente en cada pais o región y, hoy en día, la preocupación con este tema es cada vez más grande, tenendo presente el concepto de desarrollo sostenible.
La acidez normalmente caracteriza el resíduo industrial de la producción de azúcar y alcohol. La neutralización del mismo es hecha a través de la suma de cal o hidróxido de sódio. Normalmente, el efluente es tratado en tanques abiertos a la atmósfera y con temperatura ambiente. El valor del pH estabelecido en “set-point” determina la cantidad de cal o hidróxido a ser adicionado para la neutralización.
A seguir, un ejemplo de sistema adecuado para esta medición:

Las aplicaciones discutidas anteriormente pueden ser especificadas con otros tipos de sensores, soportes, adaptación o transmisor, dependiendo de la necessidad específica en cada caso. Las especificadas en el artículo son las más utilizadas, que normalmente suelen ser la mejor solución para cada punto discutido. Para una mejor visualización de proceso de azúcar e alcohol, vea el diagrama esquemático: