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A cristalização é uma etapa central do processo de produção de açúcar. Nela, a sacarose é cristalizada de forma controlada a partir de uma solução de açúcar supersaturada. Desde a nucleação controlada, passando pelo crescimento uniforme dos cristais, até a obtenção do cristal de açúcar desejado, diversos parâmetros de processo estão interligados.
A força motriz para a formação e o crescimento dos cristais é a supersaturação. Ela não é determinada por um único valor de medição. O teor de matéria seca, ou grau Brix, a temperatura e a pureza da solução de açúcar influenciam as condições nas quais os cristais se formam e crescem. Além disso, fatores como a viscosidade e a circulação da massa cozida, bem como a transferência de calor e de massa, também desempenham um papel importante.
O objetivo é produzir açúcar cristal com a qualidade desejada. Além do tamanho dos cristais e de uma distribuição de tamanho de cristais tão estreita quanto possível, dependendo da qualidade de açúcar requerida, outras características como pureza, cor e teor de cristais finos também são relevantes.
A KEBO apoia usinas de açúcar e refinarias com auxiliares de processo para duas fases essenciais da cristalização: a nucleação controlada e o subsequente crescimento dos cristais.
O tamanho dos cristais e a distribuição do tamanho dos cristais não são determinados por um único parâmetro de processo. O fator decisivo é a interação entre nucleação, crescimento dos cristais e condução do processo.
A condição necessária para a cristalização do açúcar é uma solução supersaturada. A supersaturação é a força motriz para a formação e o crescimento dos cristais. Ao mesmo tempo, ela precisa ser controlada: se for muito baixa, especialmente os núcleos cristalinos menores adicionados podem voltar a se dissolver. Com uma supersaturação muito elevada, aumenta o risco de nucleação espontânea; em condições reais de processo, ela também pode favorecer a nucleação secundária.
Para uma semeadura direcionada, portanto, trabalha-se em uma faixa de supersaturação na qual os núcleos cristalinos adicionados possam crescer sem, ao mesmo tempo, favorecer a formação indesejada de novos cristais.
Após a nucleação, os cristais existentes devem continuar crescendo de maneira tão uniforme quanto possível. Para isso, são necessárias condições de processo estáveis, bem como uma transferência adequada de calor e de massa dentro da massa cozida. À medida que os cristais e o teor de matéria seca aumentam, a viscosidade da massa cozida também aumenta. A pureza, ou seja, as substâncias não açúcares presentes, também influencia a viscosidade, a solubilidade e o crescimento dos cristais.
A sacarose cristaliza no sistema cristalino monoclínico. Sob condições adequadas de crescimento, podem se formar cristais regulares, com faces e arestas claramente definidas. O hábito cristalino externo pode variar de acordo com as condições de crescimento e a composição do licor-mãe.
No entanto, para a cristalização industrial, não é apenas a forma de um único cristal que é determinante. A população total de cristais é o que importa. Seu desenvolvimento é influenciado pela população inicial de núcleos e pela condução subsequente do processo.
A KEBO apoia duas fases distintas do processo de cristalização: o fornecimento controlado de núcleos cristalinos e as condições para o subsequente crescimento dos cristais.
Para uma nucleação controlada e reprodutível
KEBO SLURRY é uma suspensão de semeadura pronta para uso, composta por partículas finamente distribuídas de sacarose em um líquido de dispersão. Propriedades definidas das partículas, baixa tendência à aglomeração e baixa velocidade de sedimentação proporcionam condições favoráveis para uma adição controlada e reprodutível dos núcleos cristalinos.
A suspensão SLURRY pronta para uso facilita o manuseio e permite uma dosagem uniforme. Ao mesmo tempo, elimina a necessidade de preparar internamente uma suspensão de semeadura convencional, por exemplo, à base de IPA.
Para melhor circulação e crescimento uniforme dos cristais
Com o aumento dos cristais e do teor de matéria seca, a viscosidade da massa cozida aumenta. Como consequência, a circulação e a transferência de calor e de massa podem se tornar cada vez mais difíceis.
KEBOSOL RA melhora as propriedades de escoamento da massa cozida e, dessa forma, contribui para a circulação. Isso cria condições mais favoráveis para a transferência de calor e de massa e para o crescimento subsequente dos cristais.
Para a caracterização de uma população de cristais, a indústria açucareira utiliza, entre outros parâmetros, os valores de MA e CV. Ambos os parâmetros descrevem diferentes características da população de partículas e devem ser considerados em conjunto.
O valor de MA (Mean Aperture) descreve o tamanho médio característico de uma população de cristais. O valor de CV (Coefficient of Variation) descreve a dispersão relativa dos tamanhos dos cristais em torno dessa média. Um CV baixo corresponde, portanto, a uma distribuição mais estreita do tamanho dos cristais.
MA e CV descrevem o tamanho e a distribuição do tamanho das partículas de sacarose presentes na suspensão de semeadura. Dessa forma, fornecem informações sobre a população inicial que é introduzida no processo de cristalização durante a semeadura.
No entanto, essa população inicial é apenas um dos vários fatores que influenciam a distribuição posterior do tamanho dos cristais. Ao longo do processo de cristalização, fatores como supersaturação, temperatura, pureza, circulação, possível dissolução dos núcleos e nucleação adicional indesejada influenciam, em particular, o desenvolvimento subsequente da população de cristais.
As características da suspensão de semeadura definem a população inicial. A forma como a população de cristais se desenvolve posteriormente é influenciada de maneira significativa pela condução subsequente do processo.
A proporção de partículas de sacarose muito pequenas na suspensão de semeadura também é relevante. Em condições desfavoráveis durante a adição, especialmente os núcleos menores podem voltar a se dissolver e, consequentemente, não estarão mais disponíveis para o crescimento posterior dos cristais.
Um baixo teor de partículas finas, aliado à sua boa reprodutibilidade, contribui, portanto, para uma população inicial tão bem definida quanto possível para o processo de cristalização.
A qualidade de uma suspensão de semeadura não pode ser avaliada com base em um único parâmetro. Para a aplicação prática, várias características são relevantes quando consideradas em conjunto:
Tamanho de partícula definido e distribuição do tamanho de partícula definida
Uma população inicial reprodutível contribui para uma nucleação controlada.
Para poder avaliar de forma diferenciada as características de uma suspensão de semeadura relevantes para a cristalização, a KEBO utiliza diferentes métodos analíticos para o controle de qualidade da KEBO SLURRY.
Análise dinâmica de imagens
A análise dinâmica de imagens permite registrar opticamente partículas individuais e avaliar seu tamanho e formato. Dessa forma, é possível, entre outros aspectos, analisar a distribuição do tamanho das partículas e identificar aglomerados.
A análise permite, assim, uma caracterização detalhada das partículas de sacarose e contribui para uma avaliação reprodutível da suspensão SLURRY.
Análise polarimétrica
Como complemento, a análise polarimétrica é utilizada para determinar o teor de sacarose. A polarimetria utiliza a atividade óptica da sacarose e é um método analítico consolidado na indústria açucareira.
A medição é realizada com base em métodos internacionalmente padronizados pela ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis). A ICUMSA desenvolve e publica métodos internacionalmente reconhecidos para a análise de açúcar e produtos açucarados. O teor de sacarose determinado por polarimetria é indicado em °Z na International Sugar Scale.
Vários parâmetros, um objetivo
O tamanho e a distribuição do tamanho das partículas, isoladamente, não descrevem completamente a qualidade de uma suspensão de semeadura. Somente a combinação de diferentes análises permite avaliar de forma direcionada diferentes características da KEBO SLURRY relevantes para a qualidade.
O controle analítico de qualidade nos ajuda a garantir uma qualidade constante e reprodutível do produto e, assim, criar condições confiáveis para sua utilização no processo de cristalização.
Mesmo uma suspensão de semeadura de alta qualidade só pode cumprir sua função sob condições de processo adequadas. Para uma nucleação reprodutível, o momento correto e as condições de processo adequadas durante a adição da suspensão de semeadura são decisivos.
Controlar a supersaturação
No momento da adição, a solução deve estar na faixa adequada de supersaturação, para que os núcleos adicionados não voltem a se dissolver e não sejam formados novos núcleos indesejados.
Adicionar a SLURRY de forma controlada e uniforme
Uma adição controlada contribui para uma distribuição uniforme dos núcleos cristalinos. Deve-se evitar a entrada indesejada de ar, pois a incorporação de ar pode prejudicar a dosagem e a homogeneidade.
Considerar matéria seca, temperatura e pureza
A supersaturação não pode ser avaliada com base em um único valor de processo. O teor de matéria seca, ou grau Brix, a temperatura e a pureza influenciam a solubilidade da sacarose e, consequentemente, as condições para a nucleação e o crescimento dos cristais.
O que é uma suspensão de semeadura na cristalização do açúcar?
Uma suspensão de semeadura contém partículas de sacarose finamente dispersas em um líquido de dispersão. Ela é adicionada a uma solução de açúcar supersaturada para fornecer uma população inicial definida de núcleos cristalinos para o crescimento subsequente dos cristais.
Qual é a importância do CV de uma suspensão de semeadura?
O CV descreve a dispersão relativa dos tamanhos das partículas em torno de seu valor médio. Um CV mais baixo corresponde a uma distribuição de tamanho mais estreita. Dessa forma, o CV caracteriza uma das propriedades da população de partículas de uma suspensão de semeadura. No entanto, ele não deve ser considerado isoladamente em sua avaliação. Outros fatores também são relevantes, como o tamanho médio das partículas, o teor de partículas finas, o comportamento de aglomeração, a velocidade de sedimentação, a homogeneidade e a viscosidade.
O CV da SLURRY determina o CV do açúcar produzido?
Não, não sozinho. A distribuição do tamanho das partículas da suspensão de semeadura descreve uma parte da população inicial introduzida no processo de cristalização. A forma como a distribuição do tamanho dos cristais se desenvolve posteriormente depende, em grande medida, da condução subsequente do processo. Entre os fatores relevantes estão a supersaturação, a temperatura, a pureza, a circulação, a possível dissolução dos núcleos e a nucleação adicional indesejada.
Por que a estabilidade à sedimentação de uma suspensão de semeadura é importante?
Uma baixa velocidade de sedimentação contribui para que a suspensão permaneça homogênea por mais tempo. Isso facilita o manuseio e a dosagem e contribui para condições reprodutíveis durante a adição.
Qual é a função da KEBOSOL RA na cristalização?
A KEBOSOL RA melhora as propriedades de escoamento da massa cozida e, dessa forma, contribui para a circulação. Isso pode criar condições mais favoráveis para a transferência de calor e de massa e para o crescimento subsequente dos cristais. Além disso, a KEBOSOL RA pode contribuir para reduzir os efeitos de aglomeração durante a cristalização.
A cristalização não pode ser considerada independentemente das condições específicas de cada processo. A matéria-prima, a pureza, o estágio de cristalização, a tecnologia da instalação e a condução do processo influenciam quais medidas são adequadas.
Nossos químicos e especialistas técnicos de aplicação apoiam você na seleção e aplicação de auxiliares de processo adequados, bem como na avaliação das condições específicas do seu processo de cristalização.
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