BRPI0406483B1

BRPI0406483B1 - Método para clarificação e descoloração do caldo de cana-de-açúcar de forma simultânea, sem o uso de quaisquer produtos químicos para qualquer finalidade, por meio do uso de módulo de membranas planas de ultrafiltração

Info

Publication number: BRPI0406483B1
Application number: BRPI0406483-6B1A
Authority: BR
Inventors: Prayas Goel; Harshavardan Madhusudan Modak
Original assignee: Prayas Goel
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2014-04-22
Also published as: WO2004073414A3; ECSP055922A; WO2004073414A2; BRPI0406483A

Description

“MÉTODO PARA CLARIFICAÇÃO E

DESCOLORAÇÃO DO CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR DE FORMA

SIMULTÂNEA, SEM O USO DE QUAISQUER PRODUTOS

QUÍMICOS PARA QUALQUER FINALIDADE, POR MEIO DO USO DE MÓDULO DE MEMBRANAS PLANAS DE ULTRAFILTRAÇÃO” CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a um método de clarificação e descoloração do caldo de cana-de-açúcar de forma simultânea, por meio do uso de ultrafiltração por membranas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Convencionalmente, a sacarose cristalizada, geralmente chamada de AÇÚCAR, é fabricada a partir do caldo de cana-de- açúcar. A qualidade do açúcar produzido a partir do caldo de cana-de-açúcar depende da qualidade do caldo de cana-de-açúcar e do processo de produção do açúcar proveniente do tal caldo de cana-de-açúcar. O caldo de cana-de-açúcar é conhecido por conter impurezas pigmentadas, tais como os materiais corantes que ocorrem naturalmente, incluindo clorofila, antocianinas e flavonas, os quais dão cor ao açúcar produzido a partir de tal caldo, tornando-o inaceitável.

Adicionalmente, o caldo de cana-de-açúcar, em especial o caldo misto proveniente de moendas, freqüentemente contém partículas muito finas, tais como o bagacilho, que tornam o caldo turvo, afetando também a cristalização do açúcar durante a fabricação do mesmo. Conseqüentemente, o caldo de cana-de-açúcar deve ser fracionado para que as impurezas suspensas e pigmentadas sejam removidas e a qualidade do açúcar fabricado a partir de tal caldo seja melhorada.

Convencionalmente, o açúcar é fabricado pelo processamento de açúcar bruto e pelo processo de refinaria. Na produção do açúcar bruto, os caules da cana-de-açúcar são cortados em pequenas partes, que são esmagadas para obter o caldo de cana-de-açúcar, deixando de lado o material fibroso chamado bagaço. O caldo extraído é então clarificado, em parte por meio de peneiração e em parte por precipitação e floculação por calor e pela adição de cal. Além disso, o dióxido de enxofre é borbulhado no caldo, o que resulta em um efeito de branqueamento. O caldo clarificado depois da precipitação é então concentrado termicamente para produzir o xarope de açúcar. O xarope é submetido à cristalização para precipitar os cristais de açúcar. Esta pasta é centrifugada para separar o açúcar.

No processo de refinaria, o açúcar bruto é limpo e derretido para formar a solução do açúcar, que é novamente clarificada para remover a matéria particulada por meio de filtração. A descoloração adicional da solução do açúcar é realizada por adsorventes de carbono, tais como carvão de osso ou carbono ativado. O dióxido de enxofre é geralmente utilizado para a descoloração da solução de açúcar. Às vezes, as unidades da troca iônica também são utilizadas para a descoloração do caldo de cana-de- açúcar por causa do caráter aniônico dos corantes. A solução do açúcar resultante é concentrada por evaporação e depois cristalizada para formar o açúcar. O processo de fabricação do açúcar bruto seguido por refinação produz um açúcar de cana-de-açúcar branco e refinado de alta qualidade, com uma polarização de aproximadamente 99,40% a 99,90%.

Trata-se de um processo composto de duas etapas, que é empregado até mesmo em locais onde há uma refinaria de açúcar próxima ou até mesmo dentro de um engenho de açúcar.

Os processos de fabricação do açúcar bruto que incluem sulfitação dupla, carbonação, fosfoflotação, etc., e utilizam produtos químicos, tais como dióxido de enxofre, carbono ativado, ácido fosfórico, apresentam traços residuais de tais produtos químicos no açúcar fabricado por tais processos, causando danos à saúde. Adicionalmente, tais processos utilizam alta temperatura, o que causa a inversão do açúcar da cana-de- açúcar, resultando em uma perda considerável de açúcar. Além disso, a refinaria do açúcar é uma operação tecnologicamente sofisticada que emprega equipamentos e inúmeros produtos químicos a fim de produzir o açúcar refinado. Adicionalmente, a clarificação e a descoloração são feitas em duas etapas, conforme descrição acima. Foi sugerido que a tecnologia das membranas teria resolvido os problemas do uso de produtos químicos para a descoloração do caldo de cana-de-açúcar. A Patente Norte-Americana US 6,479,636 intitulada "Sugarcane Fractioning System" (Sistema de Fracionamento da Cana-de- açúcar) descreve um método para extração e purificação das proteínas recombinantes da cana-de-açúcar transgênica. O fracionamento do caldo de cana-de-açúcar que foi extraído dos caules da cana-de-açúcar é obtido por meio do uso de um processo de filtragem de múltiplos estágios, que utiliza estágios múltiplos para diminuir a porosidade, de preferência, peneiração preferivelmente seguida por filtros do tipo membrana, troca iônica, adsorvente por membranas e por processos cromatográficos. Entretanto, este processo que utiliza filtros do tipo membrana envolve mais etapas, além de ser trabalhoso e caro. A Patente Norte-Americana US 5,252,350 descreve um processo para clarificação do caldo bruto, no qual a proporção de sólidos no circuito de retentados de um dispositivo de ultrafiltração ou de microfiltração é aumentada acentuadamente durante o período inicial. Com a proporção crescente de sólidos, o rendimento da filtração cai acentuadamente e depois aumenta novamente para um valor que é mais elevado do que o valor inicial.

Ao alcançar o valor máximo possível de rendimento de filtração, a proporção de sólidos e, conseqüentemente, também do rendimento da filtração, é mantida constante, regulando-se a quantidade de saída do retentado ou da quantidade de caldo fresco a ser abastecida. Desta maneira, o rendimento da filtração pode ser significativamente melhorada.

Entretanto, a referida patente não se refere à descoloração do caldo bruto. Além disso, a referida patente descreve apenas a maneira eficaz de clarificação do caldo bruto para a obtenção de um rendimento significativo de filtração. A Patente Norte-Americana US 6,228,178 descreve um método para a produção de açúcar branco, no qual a nanofiltração é utilizada para a descoloração do caldo ou do xarope de açúcar. O permeado resultante pode ser utilizado diretamente para cristalizar o açúcar branco, sem que haja uma etapa intermediária de produção de um açúcar bruto, mesmo que a cor do permeado seja substancialmente mais alta do que a cor mais alta aceitável em um xarope convencionalmente submetido à descoloração, utilizado para cristalizar o açúcar branco. Conseqüentemente, significativas economias financeiras são obtidas na produção do açúcar branco. Entretanto, a referida patente reivindica que o caldo de açúcar deva ser submetido à clarifícação antes da descoloração.

Adicionalmente, a tecnologia da membrana relatada na referida patente apresenta uma desvantagem que consiste na obstrução da membrana, a qual é causada por bagacilhos e ceras, o que requer a clarifícação do caldo de cana-de-açúcar, antes da descoloração. O objeto da presente invenção consiste em apresentar um método de descoloração e clarifícação do caldo de cana-de- açúcar de forma simultânea e à temperatura ambiente, por meio do uso de um módulo específico de membranas planas.

SUMÁRIO PA INVENÇÃO A presente invenção apresenta um método para clarifícação e descoloração do caldo de cana-de-açúcar de forma simultânea e à temperatura ambiente, sem o uso de quaisquer produtos químicos para qualquer finalidade, para que as características do caldo de cana-de-açúcar de entrada sejam alteradas, por meio do uso de uma configuração do módulo de ultrafíltração de membranas planas. O método compreende as etapas de extração do caldo de cana-de-açúcar do estoque de cana-de-açúcar; armazenamento do caldo extraído em um recipiente para facilitar a retirada constante; bombeamento do caldo de cana-de-açúcar armazenado de acordo com a configuração específica de ultrafíltração do ultrafiltro do módulo de membranas planas, sob uma pressão predeterminada e à temperatura ambiente; Ajuste da pressão de acordo com a configuração específica de ultrafíltração do módulo de membranas planas para buscar o melhor fluxo de açúcar refinado da cana-de-açúcar. O caldo refinado é coletado através do compartimento de permeados e o fluxo de rejeitos do caldo de cana-de-açúcar é coletado através do compartimento de rejeitos do módulo.

Matérias particuladas, partículas coloidais, amido, dextranos, material de coloração natural, como clorofila, antocianinas e flavonas, e os compostos responsáveis pelo desenvolvimento de cor, viscosidade e cinzas, tal como hidroximetil furfurais, dextranos, cetosilaminas e algo do gênero, são removidos por meio da passagem do caldo de cana-de-açúcar através do módulo de membranas planas, sob condições predeterminadas. Este processo de ultrafiltração remove simultaneamente todo o material suspenso e o mesmo dos contaminadores dissolvidos. O caldo de cana-de-açúcar submetido à clarificação e à descoloração pelo método da presente invenção será utilizado diretamente na fabricação do açúcar, sem que haja processos adicionais de refinamento.

Conseqüentemente, este processo elimina completamente a necessidade da clarificação convencional antes da descoloração do caldo de cana-de-açúcar.

Além disso, este método elimina o uso de produtos químicos, incluindo cal, enxofre e ácido fosfórico, que são tradicionalmente utilizados pelas indústrias de açúcar para clarificação.

Adicionalmente, este método é realizado à temperatura ambiente, diferentemente dos métodos existentes, nos quais o caldo de cana-de-açúcar é aquecido, o que resulta na perda de alguma porção do açúcar, devido à sua inversão. O módulo de ultrafiltração de membranas planas utilizado neste método é fácil de limpar e também facilita a restauração da taxa de fluxo original do caldo repetidamente, o que não é possível com as outras membranas conhecidas na técnica.

Este método da presente invenção que utiliza o módulo de membranas planas não requer separadores, trocadores de íon e nem metodologias semelhantes que são mais complicadas.

Conseqüentemente, este método que utiliza o módulo de membranas planas é mais simples e mais conveniente. Adicionalmente, o método produz dois resultados de uma só vez, o que não era possível até então. Ele elimina a manipulação extra do material, o tempo extra de processo e o trabalho extra.

Conseqüentemente, trata-se de um método mais vantajoso do que quaisquer outros métodos existentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA

MODALIDADE PREFERIDA A presente invenção apresenta um método para clarificação e descoloração do caldo de cana-de-açúcar de forma simultânea, por meio do uso de uma configuração do módulo de membranas planas. O processo para clarifícação e descoloração do caldo de cana-de-açúcar de forma simultânea, que utiliza a configuração do módulo de membranas planas inclui as seguintes etapas: - Extração do caldo de cana-de-açúcar do estoque de cana-de-açúcar; - Armazenamento do caldo extraído em um recipiente para facilitar a retirada constante; - Bombeamento do caldo de cana-de-açúcar armazenado de acordo com a configuração específica de ultrafiltração do ultrafiltro do módulo de membranas planas, sob uma pressão predeterminada e à temperatura ambiente; - Ajuste da pressão de acordo com a configuração específica de ultrafiltração do módulo de membranas planas para buscar o melhor fluxo de açúcar refinado da cana-de-açúcar; - Coleta do caldo de cana-de-açúcar refinado; - Coleta do fluxo de rejeitos;

Sendo que, nas etapas precedentes, o caldo de cana- de-açúcar é submetido à clarificação e à descoloração de forma simultânea. A extração do caldo de cana-de-açúcar do estoque de cana-de-açúcar é feita por meio do embebimento dos caules de cana-de- açúcar primeiramente esmagados (caldo primário) com água morna, a uma temperatura aproximada de 50 graus centígrados, para extrair o caldo secundário da cana-de-açúcar, para recuperar o açúcar residual (caldo secundário) do mesmo. O caldo primário e o caldo secundário extraídos da cana-de-açúcar são misturados (caldo misto (CM)) e armazenados em um tanque sob agitação para manter a uniformidade da composição e para assegurar sua retirada constante, para as etapas adicionais. O caldo misto (CM) é então bombeado para o ultrafiltro do módulo de membranas planas sob pressão e temperatura predeterminadas, a fim de manter a taxa de fluxo através da dita membrana do ultrafiltro. A pressão do bombeamento do caldo de cana-de-açúcar para a membrana é de aproximadamente 1 bar, a uma temperatura ambiente que varia de 20 a 50 graus Celsius. A pressão na membrana é mantida entre 2 e 3 bars. O módulo de membranas planas utilizado no método é um módulo de membranas planas Rochem®. As características do peso molecular de corte das membranas empregadas no módulo utilizado na presente invenção são de 8000 a 20000, sendo que o material de construção da membrana é selecionado do grupo que consiste em Poliacrilonítrilo (PAN); Polissulfona (PS) e Poliamida (PA). O módulo de membranas planas é um módulo patenteado. A Patente Norte-Americana US 6,165,361 mostra a descrição e o funcionamento do referido módulo.

Um instrumento que inclui o ultrafdtro com a configuração de módulo de membranas planas (1) para executar a clarificação e a descoloração do caldo de cana-de-açúcar de forma simultânea compreende um reservatório (2) para o fluxo do caldo misto de entrada, uma bomba (3) para entrada e pressão do caldo, uma válvula de controle (4) para controlar o fluxo do caldo para o módulo de membranas planas (1), um medidor de pressão (5) para monitorar a pressão de entrada, um compartimento separado (7) para coletar o fluxo de rejeitos e uma descarga (8) para coletar o caldo permeado.

Instrumento para executar a clarifícação e a descoloração do caldo de cana-de-açúcar de forma simultânea, sem o uso de produtos químicos. A presente invenção é ilustrada pelo exemplo abaixo, mas o mesmo não pretende, de forma alguma, limitar o objetivo da presente invenção, conforme descrição acima e reivindicações abaixo.

Exemplo 1 O caldo de cana-de-açúcar foi extraído pela moagem dos caules de cana-de-açúcar. O caldo de cana-de-açúcar moído (CM) foi selecionado pelo meio tradicional. O caldo misto extraído do caldo de cana- de-açúcar, isto é o caldo de cana-de-açúcar moído (CM), é armazenado em um recipiente sob agitação contínua para facilitar a retirada constante e passado através do módulo de membranas planas a uma pressão de 2 a 3 bars, sob uma temperatura ambiente de 20 a 50 graus Celsius, continuamente. A taxa de fluxo foi ajustada pela válvula de controle (4) em 1000 litros por hora. O fluxo refinado coletado através da descarga (8) foi analisado pelos parâmetros turbidez e cor. A comparação dos valores iniciais e resultantes de cor para o caldo misto e para o caldo de cana-de-açúcar clarificado (CCC) mostra uma redução surpreendente em turbidez e na cor. A Tabela 1 mostra os parâmetros do caldo misto antes da clarificação e da descoloração e a Tabela 2 mostra os parâmetros físicos e químicos após a clarificação e a descoloração. TABELA 1 TABELA 2 REIVINDICAÇÕES ALTERADAS

Claims

1. MÉTODO PARA CLARIFICAÇÃO E DESCOLORAÇÃO DO CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR DE FORMA SIMULTÂNEA, SEM O USO DE QUAISQUER PRODUTOS QUÍMICOS PARA QUALQUER FINALIDADE, PARA ALTERAR AS CARACTERÍSTICAS DO CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR, POR MEIO DO USO DE MÓDULO DE MEMBRANA PLANA, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: • extração do caldo de cana-de-açúcar do estoque de cana- de-açúcar; • armazenamento do caldo extraído, sob agitação contínua, em um recipiente para facilitar a retirada constante; • bombeamento do caldo de cana-de-açúcar armazenado para o módulo de ultrafiltração de membrana plana à uma temperatura de 20 a 50 graus Celsius; • manutenção de 2-3kgf/cm2 (2 a 3 bars) de pressão no módulo de ultrafiltração de membrana plana; e • coleta de caldo de cana-de-açúcar permeado e do fluxo rejeitado separadamente; sendo que o caldo de cana-de-açúcar permeado torna-se o caldo de cana-de-açúcar refinado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o peso molecular de corte da configuração do módulo de ultrafiltração de membranas planas utilizadas variarem de 8000 a 20000 e de o material de construção da membrana ser selecionado do grupo que consiste em Poliacrilonitrilo (PAN); Polissulfona (PS) e Poliamida (PA).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o caldo de cana-de-açúcar armazenado ser bombeado a 1-2kgf/cm2 (1 a 2 bars).

4. MÉTODO, de acordo com qualquer das reivindicações acima, caracterizado pelo fato de a turbidez do caldo de cana-de-açúcar refinado variar entre 0 a 0.5 unidades.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer das reivindicações acima, caracterizado pelo fato de a cor do caldo de cana-de-açúcar refinado ser de até 3000 unidades ICUMSA.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer das reivindicações acima, caracterizado pelo fato de o tamanho da partícula do caldo a ser filtrado é de aproximadamente 0.1 a 1.0 mícron.

7.

INSTRUMENTO PARA A CLARIFICAÇÃO E A DESCOLORAÇÃO DO CALDO DE CANA-DE-AÇÚCAR DE FORMA SIMULTÂNEA, caracterizado pelo fato de compreender: • um módulo de ultrafiltração de membrana plana (1) para executar a clarificação e descoloração do caldo de cana-de-açúcar; • um reservatório (2) com agitador para armazenamento do caldo misto sob fluxo contínuo; • uma bomba (3) para o bombeamento do caldo misto a 1- 2kgf/cm2 (1 a 2 bars) e o pressionamento do caldo pelo módulo de membrana a 2- 3kgf/cm2 (2 a 3 bars); • uma válvula de controle (4) para controlar o fluxo do caldo para o módulo de membranas planas (1); • um medidor de pressão (5) para monitorar a pressão de entrada; • uma porta separada (7) para coletar o fluxo rejeitado; e • uma saída (8) para coletar o caldo permeado sendo que o caldo de cana-de-açúcar permeado torna-se o caldo de cana-de-açúcar refinado.