Estudo do processo de cristalização de soluções impuras de sacarose por resfriamento

O objetivo deste trabalho foi o de estudar a cinética da cristalização por resfriamento de soluções impuras de sacarose, preparadas a partir do açúcar bruto VVHP, VHP, xarope de cana-de-açúcar e para o açúcar granulado PP-45 de alta pureza (amostra de referência), como parte de um trabalho de desenvolvimento de tecnologia para produção de açúcar de alta pureza. A metodologia empregada foi à proposta por Nývlt, que permite efetuar o levantamento dos parâmetros cinéticos da cristalização sem a necessidade de medição da supersaturação da solução. Consiste, basicamente, em submeter uma solução de sacarose saturada a uma rampa linear de resfriamento até o aparecimento dos cristais, efetuar seu crescimento, separá-los do licor-mãe, submetendo-os à análise granulométrica (por exemplo em peneiras) para se determinar a curva de distribuição de tamanhos, e finalmente, submetê-los à modelagem matemática. Desta forma, foram realizados conjuntos de ensaios de cristalização em batelada, para o xarope de caldo de cana- de-açúcar e de soluções de sacarose com diferentes graus de pureza e concentração, para todos os casos citados anteriormente, utilizando-se ou não semeadura de cristais. A partir de cada conjunto de dados, foram determinados os tamanhos médios ou predominantes dos cristais das distribuições granulométricas (Lm,), que permitiram a obtenção dos parâmetros cinéticos de cristalização: a razão entre ordem real da nucleação/taxa de crescimento, (n/g); constante cinética do reator (BN), e a ordem aparente da nucleação (m). Os resultados indicaram boa correlação entre os parâmetros avaliados, para um intervalo de confiança de 99,5%, com pelo menos 90% das variações explicáveis (coeficiente de correlação r>0,9). As equações, assim obtidas, permitiram prever com boa precisão o tamanho médio ou predominante de cristais para todos os casos estudados. Os melhores ajustes do modelo proposto foram obtidos para o xarope semeado, açúcar bruto VVHP (por semeadura e nucleação), açúcar bruto VHP (semeadura) e para o açúcar granulado PP45, respectivamente. Os piores resultados foram para as soluções preparadas a partir do açúcar bruto VHP(i) (obtido por nucleação) que, aparentemente, sofreram influência dos altos teores de amido, dextrana e impurezas presentes originalmente nesse açúcar. Os cristais obtidos, por sua vez, apresentaram um excelente coeficiente de variação, CV, entre 6,9% (melhor caso) e 28% (pior caso); curtose em torno de 3,0 (curva de distribuição do tipo mesocúrtica) demonstrando ser a distribuição bastante uniforme e pouco dispersa, principalmente para o caso em se utilizou semeadura. O processo se demonstrou eficaz na remoção de impurezas como amido, cinzas e principalmente cor. A cor dos cristais de açúcar obtidos variou desde a classificação como tipo 4 (cor 450 UI), partindo-se xarope (cor 8600UI) e não se efetuando a afinação até o padrão de açúcar refinado, isto é cristais com cor de 14 UI, partindo-se do açúcar VVHP com cor original de 310 UI, para cristais com cor 56 UI partindo-se do açúcar VHP(i) com cor original 1040 UI e 22 UI partindo-se de açúcar VHP com cor original de 846 UI. Os resultados sugerem que a técnica de refino do açúcar bruto, empregando-se adequadamente a cristalização por resfriamento possa ser perfeitamente integrada ao processo convencional de fabricação de açúcar VHP, VVHP e outros tipos de açúcar cristal. O açúcar refinado, assim produzido, poderia ter a produção ajustada na proporção adequada à demanda de mercado para cada tipo de açúcar, na mesma planta utilizada para fabricação do açúcar cristal bruto. Esse processo, assim concebido ou arranjado, poderia ter uma significativa vantagem quando comparado com o processo convencional de refino de açúcar, uma vez que esse não necessitaria de colunas de carvão ou de troca iônica para remoção de cor e cinzas, não necessitaria de novos insumos e não geraria novos efluentes; o processo se tornaria mais flexível e poderia agregar mais valor ao produto. Deve-se destacar, também, que se os resultados aqui apresentados forem confirmados no próximo estudo em escala piloto, o produto deverá ter além de uma melhor aceitação no mercado internacional de açúcar, uma expressiva redução nos custos de produçãoThe objective of this work was to study the crystallization kinetics of impure sugarcane sucrose solutions by cooling, prepared as of VVHP and VHP raw sugars, sugarcane syrup and for PP-45 high purity granulated sugar (reference sample), as a part of technology development work for high purity sugar production. The applied methodology was that one proposes by Nývlt, which allows finding out the crystallization kinetics parameters without knowing solutions supersaturation coefficient figures. This method basically consists of submitting a saturated sucrose solution under a cooling linear slope until crystal uprising and their growth, which are separated from mother liquor, submitted to crystal size distribution analysis (for example crystal retained in sieves) to determine the distribution size curve (DSC) and finally, to submit math modeling. This way batch crystallization trial of sugarcane syrup and sucrose solutions with different impure degrees and concentration were carried out in all cases mentioned before, using or not crystal seeding. As of which this data, the predominant medium crystal size of DSC were determined (Lm), which permitted to find out crystallization kinetics parameters: the relationship between real nucleation order and growth rate (n/g), reactor kinetics constant (BN) and nucleation apparent order (m). The results showed a good correlation among evaluated parameters, for confidence intervals of 99,5%, with at least 90% of variation explained (correlation coefficient, r > 0,9). The equation found this way allowed to foresee with reasonable accuracy crystal predominant medium size for all studied cases. The best adjustment of proposed model was gotten for seeding syrup, VVHP raw sugar (obtained for seeding and nucleation), and VHP (by seeding) and for PP-45 granulated sugar, respectively. The worst results were for prepared solution as of VHP (I) raw sugar (by nucleation), which apparently, were influenced by high level of starch, dextran, and other impurities originally present in this raw sugar. The crystals obtained, in turn, presented an excellent coefficient of variation, C.V., between 6,9% (best case) and 28% (worst case), a flatness about 3,0, characterizing a type of normal distribution and showing to be a narrow distribution, specially for the case where seeding was applied. The process showed to be effective in impurities removal, specially starch, ash and mainly color compounds. The color of crystals obtained were classified as of sugar type 4 (450 UI), when syrup with 8600 UI was used and non affination was applied until refined type, with 18 UI of color, when VVHP row sugar (310 UI) was utilized, crystal with 56 UI when VHP(I) raw sugar (1040 UI) was used and crystal with 22 UI when VHP raw sugar with original color of 846 UI. The results suggest that refining of raw sugar could be done using an adequate cooling crystallization technique perfectly integrated to a conventional sugar factory utilized to produce VHP, VVHP and other types of crystal raw sugars. The refined sugar so produced could be adjusted in the adequate market proportion for each sugar type in the same plant utilized for conventional raw sugar production. This process so conceived or arranged could have a significant advantage when compared to the conventional refining sugar process since it would not need an ionic or carbon column to color and ash removal, no new chemicals would not be necessary, no new wastes would be generated, the process would became more flexible and more value could be added to the product. It has pointed out also that if the results here present are confirmed in the next pilot scale study the product should have besides a better acceptance in the international sugar market an expressive production cost reduction