O documento descreve os processos de extração e tratamento de caldo de cana-de-açúcar, incluindo determinações de Brix, Pol%, Pureza, pH, Fosfato, entre outras variáveis. Fornece cálculos para determinar estas variáveis a partir de dados experimentais como leituras sacarimétricas, volumes, pesos e concentrações. O objetivo é monitorar a qualidade do caldo ao longo do processo de produção de etanol.
3. Refração
Lei de Snell-Descartes, também conhecida como lei de Snell ou lei de Descartes ou ainda,
simplesmente, lei de refração, se resume a uma expressão que dá o desvio angular sofrido por
um raio de luz ao passar para um meio diferente do qual ele estava percorrendo. Cada meio
apresenta um tipo "resistência" a passagem da radiação. Essa resistência também depende do
comprimento de onda da radiação. Essa tal "resistência" é conhecida como índice de refração
(n) uma grandeza adimensional definida pela expressão:
𝒏 =
𝑪
𝑽
onde C = 3 x 108 m/s é a velocidade da luz no vácuo e V é a velocidade da luz num certo meio.
4. Refração
Brix é uma escala numérica que mede a quantidade de sólidos solúveis em uma solução de
sacarose. A escala de brix, criada por Adolf F. Brix (1798 - 1870), foi derivada originalmente da
escala de Balling, recalculando a temperatura de referência de 15,5 °C.
A quantidade de sólido solúvel é o total de todos os sólidos dissolvidos em água, começando
com açúcar, sal, proteínas, ácidos e etc e os valores de leitura medido é a soma de todos eles.
5. Refração
Conversão Índice de Refração em °Brix
Brix = 0,0087 + 699,82353 x (n20
D – 1,3330) – 1801,9215 x (n20
D – 1,3330)2 + 4696,422 x (n20
D –
1,3330) 3 – 6427,26 x (n20
D – 1,3330)4
n20
D = índice de refração
Calcular o ° Brix com um índice de refração de 1,35466.
° Brix 14,37
Indice Refração 1,35466
7. Determinação Leitura Sacarimétrica
Cálculo:
A pol do caldo é obtida pela seguinte fórmula:
Pol % = Ls*(0,2605 – 0,0009882 x Brix)
(Correlação Brix / Fator de Polarização)
Onde:
Ls = Leitura sacarimétrica corrigida de acordo com clarificante usado na análise
A transformação da leitura sacarimétrica com a mistura clarificante, “Octapol” para a leitura
equivalente em Subacetato de Chumbo, será feita pela equação:
Ls = 0,99879 x LOCT+ 0,47374.
Onde:
Ls = leitura sacarimétrica equivalente a de subacetato de chumbo
LOCT= leitura sacarimétrica obtida com a mistura clarificante de Octapol
8. Luz Polarizada
Luz – fenômeno ondulatório em que as vibrações se produzem perpendicularmente à
direção de propagação. O plano de vibração pode ser em qualquer do número infinito
deles (em todas as direções).
Luz polarizada – as vibrações produzem-se apenas num destes possíveis planos.
Substância opticamente ativa é aquela que produz rotação do plano da luz
polarizada.
10. Luz Polarizada
Atividade óptica
Um feixe de luz polarizada ao passar através de uma molécula sofre quase sempre uma
pequenina rotação no respectivo plano devido à interação com as partículas carregadas
eletricamente da molécula.
11. Luz Polarizada
Rotação específica
O valor da rotação depende do número de moléculas interpostas no trajeto da luz, através do
tubo
Será duplo o número de moléculas que agem sobre a luz se, em vez de 10 cm, o tubo tiver 20
cm de comprimento e dupla será a rotação.
O número de moléculas que se interpõem no trajeto da luz também depende da
concentração. Para um dado comprimento do tubo, a luz encontrará duas vezes mais
moléculas numa solução de 2g/L do que numa solução de 1g/L
Rotação específica é a rotação, em graus, observada quando se usa um tubo de 1 decímetro
de comprimento e quando o composto se encontra na concentração de 1g/cm3.
A rotação específica é uma propriedade tão característica do composto como o ponto de
fusão, o ponto de ebulição, a densidade ou o índice de refração.
Sacarose = + 66,53° (dextrogira)
Glicose = + 52,7 ° (dextrogira)
Frutose = - 92,4° (levogira)
12. Luz Polarizada
Refração
α = rotação observada.
l = comprimento do tubo em dm ( 1mm = 0,01 dm).
c = concentração ou massa específica do líquido puro (g/cm3) ( 1cm³ = 1 ml).
O número 25 indica a temperatura e o D o comprimento de onda da luz utilizada na medida
risca D do sódio - 589,3 nm.
Tubo 200 mm, 100 ml solução, 20° C e sódio - 589,3 nm.
Sacarose ( +/- 15 % Cana)= α + 66,53 =
Glicose ( +/- 0,7 % Cana)= α + 52,7 =
Frutose ( +/- 0,4 % Cana)= α – 92,4 =
rotação observada +19,959
rotação observada + 0,7378
rotação observada - 0,7392
13. Luz Polarizada
Desvio polarimétrico em °Z.
A solução de sacarose 26,016 gramas gera um desvio polarimétrico de 34,6168 utilizando
comprimento de tubo de 200 mm, 20° C e luz Sódio 589,3 nm.
Para conversão da rotação em °Z = 5,776006 (luz Sódio 589,3 nm) para tubos de 100 mm o que
me dá uma rotação, segundo cálculo acima, de 17,3084448 ( x 5,776006) = 100,00 ° Z
(considerando temperatura)
Exemplo.
34,596 desvio --------- 100°Z
Desvio “x “ --------- x ° Z
Se a solução tiver 9,53 g de sacarose em 100 ml de solução é passada em um tubo de 200 mm,
20° C e com luz de Sódio 589,3 nm, qual será seu desvio polarimétrico em °Z? Considera rotação
específica da sacarose = + 66,53.
α = 66,53*0,0953*2 = 12,680618 de rotação específica (tubo de 200 mm) > (12,680618 /
2) * 5,776006 = 36,62 °Z
14. Determinação Leitura Sacarimétrica
Cálculo:
A pol do caldo é obtida pela seguinte fórmula:
Pol % = (0,99879 x LOCT+ 0,47374 )*(0,2605 – 0,0009882 x Brix)
Considerando minha leitura sacarimétrica 60,5 e um brix de 17,4;
Pol % = ?
15. Determinação Pureza %
Cálculos:
A determinação da %pureza aparente dos caldos é feita indiretamente por cálculo,
utilizando-se a seguinte expressão:
% PUREZA = 100 x (%POL / BRIX)
A pureza aparente do caldo é definida com a porcentagem de pol em relação ao brix.
Considerando os dados anteriores temos:
Pureza % = ?
18. Determinação Pol % Bagaço
Cálculo:
A pol% do bagaço é obtida pela equação:
Pol = (2 x L x 26 x (1.000 + Ub)) / (20.000 - (2x L x 26 x 100 / Q))
Onde:
L: Leitura sacarimétrica;
Ub: Umidade do bagaço;
Q: pureza do caldo residual.
19. Determinação Pol % Bagaço
Considerando:
Leitura Sacarimétrica = 1,065
Umidade do Bagaço = 52,5
Pureza do Caldo Residual = 26,2
Pol % Bagaço = ?
Pol = (2 x L x 26 x (1.000 + Ub)) / (20.000 - (2x L x 26 x 100 / Q))
Pol % Bagaço = 2,945
22. Determinação Brix Bagaço
Cálculo:
A determinação do Brix do bagaço (Brix_Bag) é feita indiretamente por
cálculo, utilizando-se a expressão:
Brix% Bagaço = % (Pol do Bagaço x 100) / Pureza Caldo Residual
Exemplo:
Pol do Bagaço = 1,02
Pureza % caldo residual = 70,00
Brix% Bagaço = (1,02 x 100) / 70
Sendo assim:
Brix% Bagaço = 1,46
23. Determinação Fibra do Bagaço
Cálculo:
A determinação da fibra no bagaço (Fb) é feita indiretamente por
cálculo, utilizando-se a expressão:
Fibra% Bagaço = 100 - (Umidade do Bagaço + Pol % Bagaço x 100 /
%Pureza Caldo Residual)
Exemplo:
Umidade % bagaço = 50,00
Pureza % caldo residual = 70,00
Pol % bagaço = 2,60
Fibra% Bagaço = 100 - (50,0 + 3,0 x 100/70,0)
Sendo assim:
Fibra% Bagaço = 46,28%
24. Determinação Impureza no Caldo
Cálculo:
%Impurezas = ((Vol. De impurezas decantadas) / (Somatória dos Vol. Usados)) x 100.
25. Determinação Taxa de Retenção do Lodo
Cálculo:
%Impurezas = ((Vol. De impurezas decantadas) / (Somatória dos Vol. Usados)) x 100.
27. Determinação Umidade da Torta
Cálculo:
A umidade da torta é calculada pela expressão:
U (%) = (P1 – P2)*2
28. Determinação Fosfato do Caldo
O teor de fosfato é determinado colorimétricamente através
da formação de ácido fósfomolibdico e a ação de um agente
redutor usado para reduzir o Mo(VI) a Mo(V), formando
então um complexo azul, produzindo “azul de molibdênio”.
7H3PO4 + 12(NH4)3Mo7O24 + 51H+ à 7(NH4)3PO4· 12MoO3 + 51NH4+ + 36H2O
Onde 12MoO3 indica a coloração azulada.
29. Cálculo - Fosfato do Caldo
Cálculo:
1º Caso:
Diluir 5 ml do caldo filtrado a 100 ml e após a clarificação, tomar 5 ml e diluir a 50 ml,
multiplicar o valor de P2O5 lido na curva por 4 (5 para 50 = diluição de 10 para 2,5 ml = 4)
Leitura abs. = 0,200
P2O5 (obtido na curva) = 246,24*0,200+3,23 = 52,5
P2O5 (mg/l) = P2O5 Curva * Diluição = ?
2º Caso:
Diluir 5 ml do caldo filtrado a 100 ml e após a clarificação, tomar 10 ml e diluir a 50 ml,
multiplicar o valor de P2O5 lido na curva por 2 (10 para 50 = diluição de 5 para 2,5 ml = 2)
Leitura abs. = 0,095
P2O5 (obtido na curva) = 246,24*0,095+3,23 = 26,6
P2O5 (mg/l) = P2O5 Curva * Diluição = ?
30. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Caldo Misto
pH
pH baixo pode indicar inversão de sacarose por meio de infecções ou aquecimento em
excesso dentro do difusor. Prejudica a lixiviação / percolação e os equipamentos. O pH
auxilia na correção interna do difusor (leite de cal).
Brix
Utilizado para o cálculo da etanol em processo (tanque de caldo misto), indicativo de
lixiviação / percolação inicial e controle de embebição já que o brix baixo acarreta maior
consumo de vapor no tratamento.
Pol %
Indica a concentração aparente de sacarose no caldo. Utilizado para o cálculo da etanol
em processo (tanque de caldo misto). Indicador de performance de extração.
Pureza %
Relação Pol / Brix. Índice atrelado ao dados anteriores.
Impureza %
Indica mal funcionamento da peneira rotativa de caldo misto.
Fosfato
Caldo contendo menos fosfato são deficientes na clarificação devido a baixa formação de
flocos de fosfato, mas grandes quantidades de fosfato pode acarretar uma maior
quantidade de lodo e menor velocidade de decantação. Fator que interfere no
tratamento.
PROVA
PROVA
31. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Captador A e B
pH
Valores altos de pH provocam a obstrução do colchão, afetam a percolação do caldo, e
podem ser uma causa de inundação. Valores de pH baixo demais levam ao aumento da
corrosão dos componentes de aço carbono em contato com o caldo e indicar inversão de
sacarose por meio de infecções e temperatura.
Brix
Indicativo de extração.
Caldo Captadores
Brix
Indicativo de extração.
Bagaço Megaço
Umidade %
Indicativo para funcionamento do tambor adensador. Umidade alta significa pouca água
no tambor adensador.
Pol %
Indicativo para cálculo da extração dos ternos.
32. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Caldo Residual
pH
Uma queda no pH pode indicar inversão de sacarose por meio de infecções. Corrosão dos
equipamentos da moenda.
Brix
Indicativo para cálculo da extração da moenda.
Pol %
Indicativo para cálculo da extração do difusor / moenda.
Pureza %
Relação Pol /Brix. Indicativo para cálculo da extração do difusor / moenda.
Bagaço
Pol %
Indicativo para cálculo da extração do difusor / moenda.
Umidade %
Indicativo para cálculo da extração do difusor (utilizado no cálculo da fibra bagaço) e
indicativo para o processo de queima na caldeira. Umidade muito alta pode prejudicar a
eficiência das caldeiras. O contrário pode indicar uma má extração.
Brix
Indicativo para cálculo da extração do difusor (utilizado no cálculo da fibra bagaço)
Fibra %
Indicativo para cálculo da extração do difusor.
PROVA
33. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Caldo Dosado
pH
Caldo muito ácido indica favorecimento da inversão da sacarose e do desenvolvimento de
bactérias e decantação ruim devido a dificuldade de afinidade com o polímero para
decantação. O pH alto indica gasto excessivo de cal, provoca um aumento de viscosidade
do caldo, dificultando a decantação e aumento o volume de lodo. Corrosão dos
equipamentos.
Brix
Usado para calcular consumo de vapor nos aquecedores. Utilizado para balanço de massa
referente ao caldo misto e clarificado.
Pol %
Valor utilizado para calcular a pureza %.
Pureza %
Utilizado para balanço de massa para operação do tratamento de caldo. Exemplo a
diferença (decrescente) entrada de pureza de um equipamento não pode ser muito
grande referente à saída (dosado para clarificado = 0,3 a 0,5 %).
PROVA
34. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Caldo Decantado
pH
Controle comparativo entre dosado e clarificado. Quando há uma diferença 0,3 % - 0,5%
entre dosado (entrada) e clarificado (saída) pode indicar inversão de sacarose e tempo de
retenção inadequado (diminuição da temperatura e aumento de consumo de vapor nos
prés).
Brix
Utilizado para balanço de massa referente ao caldo dosado e clarificado. Utilizado no
cálculo de eficiência industrial como etanol em processo.
Pol %
Valor utilizado para calcular a pureza %. Utilizado no cálculo de eficiência industrial como
etanol em processo.
Impureza %
Determinar desempenho do decantador e mecate.
Fosfato
Caldo contendo menos fosfato são deficientes na clarificação devido a baixa formação de
flocos de fosfato, mas grandes quantidades de fosfato pode acarretar uma maior
quantidade de lodo e menor velocidade de decantação.
35. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Lodo
pH
pH do lodo influem na aderência do lodo no filtro rotativo. Se o lodo possuir um pH baixo,
a aderência do lodo no filtro não será satisfatória. A correção de solo feita pela torta
também tem influencia do pH.
Concentração
Indica a consistência de lodo/caldo retirado na decantação. A quantidade de impurezas
implica na retirada do lodo quando ele está com concentração alta e diminuir a retirada
quando está com concentração baixa.
Brix
Monitoração da arraste de caldo.
Torta de Filtro
Umidade
Indica o bom funcionamento dos vácuos e dos bicos de embebição.
Pol %
Indica o bom funcionamento dos vácuos e dos bicos de embebição. Entra no cálculo de
perdas.
36. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Caldo Pré-Evaporado
pH
Controle comparativo entre clarificado e evaporado. Quando há uma diferença 0,3 % -
0,5% entre clarificado (entrada) e evaporado (saída) pode indicar inversão de sacarose e
tempo de retenção inadequado no pré. Cálculo de etanol no processo.
Brix
Controle de evaporação do caldo para posterior envio para a fermentação. A oscilação
constante desse valor prejudica a alimentação da fermentação. O brix alto indica gasto de
vapor no processo de evaporação e possíveis incrustações. Utilizado no cálculo de
eficiência industrial como etanol em processo.
Pol %
Controle de evaporação do caldo para posterior envio para a fermentação. A Pol % baixa
indica gasto de vapor no processo de evaporação, queima da sacarose que toma a forma
de CO2 (gás carbônico) consequentemente, arrastado com o vapor vegetal (V1)
aumentando as perdas indeterminadas, pelo fato de não conseguirmos quantifica-las.
Utilizado no cálculo de eficiência industrial como etanol em processo.
Pureza %
Segue a linha de raciocínio do pH.
37. Determinação Analítica Extração e
Tratamento de Caldo
Caldo Filtrado
pH
pH do lodo influem na aderência do lodo no filtro rotativo. Se o lodo possuir um pH baixo,
a aderência do lodo no filtro não será satisfatória. A correção de solo feita pela torta
também tem influencia do pH.
Brix
Controle de eficiência do vácuo do filtro.
Pol %
Controle de eficiência do vácuo do filtro e embebição.
Impureza %
Controle de eficiência do vácuo do filtro e adição de bagacilho.
Pureza %
Controle de eficiência do vácuo do filtro.