PROCESOS del azucar.pdf
- 2. CAMPO Campo El cultivo de la caña de azúcar inicia con la adecuación de las tierras que comprende los trabajos de nivelación y construcción de obras, que se realizan principalmente para facilitar el movimiento dela gua por la superficie de los terrenos durante el reigo y para evacuar los excesos de agua cuando se presenten, facilitar las labores mecanizadas y el proceso de cosecha, utilizando para ello labores de topografía, diseño, información cartográfica y el Sistema de Información Geográfico (SIG).
- 3. Posteriormente, se realiza la preparación de suelos, para proporcionar un ambiente apropiado para la óptima germinación de la semilla y el buen desarrollo del cultivo. Las labores que se llevan a cabo son la descepada, subsolado, arada, rastrillada y surcada, labores que ayudan a incorporar las malezas y residuos de cultivos anteriores, descompactar el suelo y dar la mejor condición para que este tenga el suficiente contacto con la semilla y se logre una excelente germinación. Una vez surcado el suelo, se procede a la siembra que se realiza depositando las semillas que son trozos de tallo de 60 cm que presentan entre 3 y 4 yemas. Posteriormente, se tapa con una delgada capa de suelo, labor que se realiza en forma mecánica o manual, dependiendo de las condiciones del suelo y del clima. El riego de la caña, se realiza inmediatamente después de la siembra y se repite 15 días después. Se continúa regando de acuerdo con la programación del balance hídrico, programa que calcula las necesidades de agua de la plantación con base en la capacidad de retención de humedad del suelo, la pérdida por evapotranspiración y el aporte por la lluvia. Para el riego se utilizan los ríos aledaños, las aguas subterráneas que se conducen por canales o tuberías y se aplica por gravedad en surco alterno o por aspersión. A los suelos sembrados con caña se les debe restituir los elementos nutricionales absorbidos por la planta en su ciclo vegetativo, por lo que se hace la labor de fertilización que se efectúa mecánica o manualmente. Como fuente de potasio se aplica vinaza (subproducto de la elaboración de etanol) enriquecida como micro elementos y microorganismos, como fuente de nitrógeno se utiliza urea, teniendo en cuenta los análisis de suelos y los resultados de experimentos de campo cuidadosamente
- 4. planificados y llevados a cabo en suelos con diferentes niveles de fertilidad, de forma complementaria se realizan aplicaciones aéreas de fertilizantes foliares. El control de arvenses se realiza de forma química, utilizando herbicidas que son aplicados con bombas de espalda de presión constante, principalmente en época de invierno y se complementa con controles manuales. Adicionalmente, en las socas (cepas después del primer corte) se realizan labores mecánicas como el subsuelo, que tiene como propósito descompactar el suelo después de la cosecha. Posteriormente, se lleva a cabo la labor de cultivo o esclarificación, que se realiza mecánicamente par desterronar y descompactar el suelo superficialmente, además de realizar un control de arvenses en el entresurco del cultivo. Seguidamente, se hace el aporque, actividad que debe realizarse en los primeros tres meses de edad de la plantación. Consiste en remover tierra de los entresurcos para levantar el surco con el propósito de defender la caña de la humedad del invierno, encauzar el agua de riego en el verano y de la evacuación de la misma en el invierno, al momento de la cosecha evita que la maquinaria pise la plantación. Ocho semanas antes de la cosecha se realiza la maduración de la caña de azúcar con el objetivo de concentrar mayor sacarosa al momento de la cosecha. El proceso del cultivo de la caña de azúcar termina cuando tiene entre 12 y 14 meses de edad, época apta para su cosecha.
- 5. COSECHA Cosecha El proceso de cosecha tiene como misión el suministro oportuno de caña al menor costo y que cumpla con los estándares de calidad, de acuerdo a los requerimientos de Fábrica. La cosecha de caña comprende las labores de precosecha, aplicación de madurantes, quema, corte, alce y transporte, que se realizan bajo el marco de la legislación ambiental que las rige y con el menor impacto posible a las comunidades.
- 6. Las labores de precosecha determinan el grado de madurez de la caña, a través de muestreos en el campo. Posteriormente, se realiza la aplicación de madurantes y se procede a definir las suertes de caña a cosechar, determinando el tipo de corte bien sea manual o mecánico, teniendo en cuenta las restricciones de quema de caña. Para la labor de quema de caña se cuenta con 34 estaciones meteorológicas que suministran datos de dirección y velocidad del viento en tiempo real, con el fin de minimizar las molestias a las comunidades. Esta fuente de datos también es empleada para las aplicaciones aéreas de maduradores químicos. El corte de caña manual se realiza con personal capacitado, bajo las normas del Sistema de Gestión en Seguridad y Salud en el Trabajo. Para el corte mecánico se cuenta con máquinas cosechadoras que cortan la caña en trozos de aproximadamente 20 a 30 cm de largo y son depositados directamente en los vagones de transporte. El alce de la caña cortada manualmente y organizada en chorras en el campo, se realiza con máquinas alzadoras que las depositan en los vagones. En el Ingenio se cuenta con dos alces de caña larga para lo que se emplean las alzadoras y ocho alces de caña picada correspondiente al corte con cosechadoras. El transporte de la caña se hace en conjuntos de cinco vagones, dos canastas si el transporte es por vías nacionales o con cuatro canastas si el transporte es por vía interna. Estos trenes son movilizados por tracto camiones desde el campo hasta el Ingenio. Actualmente, el Ingenio cuenta con la tecnología Fleet SAP, que permite controlar en tiempo real la ubicación y operación de los equipos, además genera informes históricos relacionados
- 7. con sus movimientos y buenas prácticas de conducción. Esta tecnología también permite controlar el despacho y consumo de combustible. El proceso de cosecha de Incauca S.A. tiene capacidad para suministrar 17.000 toneladas de caña diarias a la Fábrica. FABRICA Fábrica La fábrica inició su actividad con un prospecto de molienda de 2,000 toneladas métricas por día. En 1970 la capacidad ascendió a 2,500 toneladas diarias, en 1976 llegó a 5,000 por día y durante 1982 alcanzó las 7,500 toneladas diarias. En la actualidad, la fábrica de Incauca supera frecuentemente sus récord de molienda, que han ascendido a más de 17,000 ton/día. Patios de caña La fábrica inicia su trabajo con el proceso de muestreo de la caña que viene del campo, para medir la calidad y con esto hacer los estimativos del azúcar que se puede obtener. Una vez efectuada la muestra, los vehículos transportadores pasan por básculas electrónicas de pesado y posteriormente son descargados en las mesas alimentadoras. Preparación de Caña Las mesas entregan la caña a conductores que la envían a dos tándems de molinos los cuales poseen desfibradoras que fraccionan la caña para romper la corteza y facilitar la extracción del jugo en los molinos.
- 8. Molienda En la actualidad, Incauca cuenta con una capacidad instalada de molienda de 17,000 toneladas de caña al día, distribuida en dos tándem de molinos. Cada tándem está compuesto por seis molinos y cada molino se compone de cuatro mazas. Estas mazas son cilindros de gran tamaño que se encargan de comprimir la caña para extraer el jugo. El residuo llamado bagazo va pasando de un molino a otro para extraer la mayor cantidad de jugo posible. Al material que sale de cada molino se le adiciona jugo del molino inmediatamente siguiente, para lograr extraer la mayor cantidad de sacarosa de la caña. Antes que el bagazo pase por el último molino, se le agrega agua con el propósito de mejorar la extracción de jugo y sacarosa. El jugo extraído se hace pasar por sistemas de filtración que tienen mallas encargadas de separar la mayor cantidad de bagacillo del jugo, enviando el jugo crudo hacia el proceso y retornando el bagacillo a los molinos. En el último molino se obtiene un material llamado bagazo el cual contiene bajo contenido de sacarosa y humedad. Generación de Vapor Aproximadamente el 10% del bagazo generado en el proceso de molienda es vendido para la producción de papel. El bagazo restante es enviado a las calderas para ser utilizado como combustible en la generación de vapor.
- 9. Incauca S.A. cuenta con cuatro calderas para la generación de 750.000 Lb/h de vapor. 2 de ellas consumen sólo bagazo y generan vapor vivo a presión de 275 psi y 575 °F, las otras dos calderas consumen una mezcla de carbón y bagazo y generan vapor vivo a 650 psi y 750 °F. Generación de Energía Eléctrica El vapor vivo generado se utiliza en los turbogeneradores, que producen la energía eléctrica que requiere la fábrica y un excedente que es vendido a la red pública.
- 10. Actualmente se tiene una capacidad instalada de 70 MW, generando en promedio 33MWh de los cuales 10MWh son vendidos a la red pública. El vapor de escape que resulta del proceso de generación de energía es enviado a la fábrica y destilería para ser usados en procesos de evaporación, secado y destilación. Sulfitación, Pesaje y Alcalización El jugo extraído en molinos pasa por las básculas para su pesaje, con el propósito de evaluar el rendimiento del proceso y la cantidad de jugo que resulta de la caña procesada. Posteriormente se pre–encala con la adición de lechada de cal para evitar la inversión de sacarosa y se envía hacia un primer calentamiento (65°C) para posteriormente realizar el proceso de sulfitación y la segunda alcalización. El proceso de sulfitación se hace con el fin de evitar la producción de compuestos coloreados durante los procesos siguientes. El azufre es quemado para producir dióxido de azufre (SO2) que se pone en contacto con el jugo por medio de eyectores. Después de la sulfitación, el jugo es alcalizado hasta un pH de 7,4 – 7,6. Calentamiento y Clarificación El jugo alcalizado pasa a la siguiente etapa de calentamiento para activar las reacciones entre la cal y los óxidos de fósforo presentes en el jugo y precipitar las impurezas orgánicas e inorgánicas en la clarificación posterior. Posteriormente, el jugo es alimentado a un clarificador rápido de bajo tiempo de retención en el que las impurezas del jugo se precipitan por la acción de la gravedad. El proceso de clarificación,
- 11. se ayuda con la adición de floculante que al entrar en contacto con el jugo agrupa las impurezas y las precipita. Filtración Los lodos sedimentados en el clarificador, se conducen a la estación de filtros con el objetivo de recuperar la mayor cantidad de sacarosa que contienen. La filtración consiste en tomar los lodos y adicionarle bagacillo (partícula fina de bagazo) para darle mayor consistencia y mejorar la filtrabilidad. Esta mezcla se procesa en los filtros con el objetivo de separar las impurezas en forma de torta llamada cachaza de la parte líquida (jugo filtrado). Para facilitar la extracción de sacarosa de los lodos, se adiciona agua caliente sobre la torta de cachaza, para lavarla y llevarse el material azucarado con el jugo filtrado. La cachaza es enviada al proceso de compostaje para la producción de abonos orgánicos y el jugo filtrado es retornado al proceso de calentamiento de jugo para ser reprocesado en la clarificación. Evaporación El jugo clarificado se bombea a un sistema de evaporación de quíntuple efecto para eliminarle parte del agua que contiene. Por medio de vapor y el vacío, los evaporadores concentran el jugo desde 15 a 68 – 70 ° Brix, dando como resultado la meladura o jarabe. Además, el vapor generado por la evaporación del agua en estos equipos es la fuente de calor para los demás procesos que lo necesitan: Calentamiento de Jugo y Cristalización.
- 12. Clarificación de Meladura La meladura pasa por un proceso de clarificación por flotación. Este es un proceso donde se le adiciona a la meladura ácido fosfórico, cal y floculante para coagular. Teniendo en cuenta que las partículas que se deben extraer en este proceso son livianas, se le adiciona también pequeñas burbujas de aire micronizado para hacer flotar las impurezas y removerlas. Cristalización y Centrifugación Para la producción de azúcar a partir de la meladura se utiliza un sistema de dos templas o etapas. Las diferentes templas se elaboran en los tachos, evaporadores de simple efecto que trabajan al vacío, que pueden ser batch o continuos. En la primera etapa la meladura se pone en contacto con núcleos de azúcar (grano pequeño de azúcar) bajo condiciones controladas de temperatura y Brix. Tales núcleos se alimentan de la sacarosa que contiene la meladura, creciendo hasta el tamaño deseado del azúcar a producir. Debido a que los granos de azúcar se encuentran inmersos en el material líquido de la meladura que no se cristalizó, se envía hacia las centrífugas para separarlos, obteniendo el azúcar comercial y una miel de la primera etapa (miel A). En esta etapa se utiliza agua caliente para lavar el cristal y bajar el color del azúcar resultante. La miel A se alimenta a una segunda etapa de cristalización, utilizando como núcleo suspensión alcohólica (mezcla de azúcar pulverizada y alcohol isopropílico) para inducir la formación de cristales a partir de la sacarosa contenida en ella, obteniendo la masa B. Esta masa se envía a otra etapa de centrifugación para separar los pequeños cristales de azúcar (semilla B) de la miel Generada (miel B).
- 13. Los pequeños cristales de azúcar resultantes de esta etapa (semilla B) son los núcleos utilizados en la primera etapa de cristalización. La miel B se envía a la destilería como materia prima para la producción de alcohol por su alto contenido de azúcares fermentables. Secado, Envase y Almacenamiento El azúcar producido en la primera etapa de cristalización sale con una humedad menor al 1% y se debe secar antes de envasarlo, para tal fin, se hace pasar por secadoras rotatorias en las que se ponen en contacto en contracorriente el azúcar húmedo y aire seco, para disminuir el contenido de humedad del azúcar.
- 14. El azúcar seco y frío se lleva a tolvas que alimentan a las envasadoras de azúcar en las diferentes presentaciones con que se surten los mercados nacional e internacional. Una vez envasado el azúcar se lleva a las bodegas de producto terminado donde se almacena y/o se carga en vehículos para su distribución. Sin embargo, no todo el azúcar generado en la centrifugación es secado y envasado, ya que INCAUCA S.A. cuenta con una moderna Refinería que procesa un 60 a 90% del azúcar que sale de las centrífugas, con el objetivo de producir azúcar con menores niveles de color e impurezas. Refinería de Azúcar La transformación de azúcar blanco en azúcar refinado comienza con la disolución del azúcar blanco con agua caliente hasta una concentración de 65°Bx,obteniendo un material llamado licor fundido, el cual es calentado para activar las reacciones entre las impurezas y los insumos químicos adicionados posteriormente (sacarato de calcio, ácido fosfórico y decolorante). Este material ingresa a los clarificadores de licor, para realizar la separación de las impurezas, la cual se hace por flotación (mediante el uso de aire micronizado) debido a que las partículas retiradas en este proceso son livianas. El licor clarificado es enviado al proceso de filtración, para que en dos etapas sean retenidas las partículas pequeñas que no fueron retiradas en el proceso de clarificación.
- 15. El licor filtrado se evapora hasta 70 °Bx y posteriormente es enviado a los tachos para su cristalización. La masa cocida resultante se envía hacia las centrífugas para la separación de los cristales de azúcar del material líquido llamado sirope. El sirope es retornado hacia los tachos para su aprovechamiento y el azúcar es enviado al proceso de secado y enfriado para su posterior empaque en presentaciones de 1 ton, 50 Kg, 25 Kg, 2,5 Kg, 1 Kg, 1 Lb y 5 g. ALCOHOL CARBURANTE Alcohol Carburante Dando respuesta a la necesidad planteada por el Gobierno y a la visión, compromiso y liderazgo de la Organización Ardilla Lülle, Incauca puso en marcha el 28 de octubre de 2005 la primera planta de alcohol carburante más grande y moderna del País, con una capacidad de producción de 350.000 litros de alcohol diarios en operación continua. El etanol se utiliza como aditivo para la gasolina con el fin de mejorar el octanaje y disminuir la contaminación generada por los gases de combustión. Desde octubre de 2005, la mezcla está compuesta en un 90% por gasolina y un 10% por etanol, según lo dispuesto por la legislación colombiana. La destilación de alcohol, es un proceso que consiste de cuatro etapas principalmente: Fermentación, Destilación, Evaporación de Vinaza y Deshidratación.
- 16. Fermentación Las principales materias primas que se utilizan en la destilería son la miel B, la meladura y el jugo clarificado, provenientes de la fábrica de azúcar. El proceso de fermentación consiste en convertir los azúcares presentes en la materia prima que vienen de la fábrica, en etanol y gas carbónico, por medio de la acción de levaduras. La fermentación se desarrolla por medio de un proceso continuo de cinco reactores que trabajan en serie, donde se llevan a cabo las reacciones químicas de transformación de azúcar en etanol y gas carbónico. Al salir del último fermentador, se obtiene un producto conocido como mosto o vino fermentado que contiene una concentración de 9% (v/v) de alcohol. Además, contiene agua, sólidos y levadura, que se recupera en el tanque de sedimentación para ser usada nuevamente en el proceso. La levadura recuperada, se envía al tanque de acidulación donde se hace un choque con ácido sulfúrico para reducir la contaminación bacteriana presente y nuevamente se recircula a los fermentadores para continuar con el proceso de producción. El mosto o vino fermentado se envía al proceso de destilación para continuar la separación del etanol producido. Destilación
- 17. En la destilación se purifica el mosto fermentado para obtener alcohol con una pureza del 96% (v/v). Para ello, la planta cuenta con dos columnas de destilación en serie que operan al vacío, aumentando así la eficiencia energética del proceso. La destilación es un proceso de separación por diferencias en los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla, que al ser sometidos al calor, los compuestos más volátiles como el alcohol se evaporan y se concentran en fase de vapor. El mosto fermentado que proviene de la sección de fermentación contiene 9% de alcohol, además de agua, gases, sólidos disueltos y otros compuestos que deben retirarse. Para ello, se envía a la columna mostera donde se obtienen dos productos: por la parte superior se obtienen gases con una concentración de alcohol entre el 40-50% v/v que se envían a la segunda columna llamada rectificadora. Por la parte inferior se obtiene una corriente líquida llamada vinaza. El 60% de la vinaza generada se envía a la sección de fermentación y el 40% restante hacia los evaporadores de vinaza donde se concentra para su posterior uso en compostaje. La relación final de vinaza concentrada producida es de alrededor de 1,5 litros de vinaza por litro de alcohol anhidro. De la segunda columna de destilación se obtiene el alcohol rectificado por encima de una concentración de 96% v/v el cual se envía hacia la zona de deshidratación. De los platos intermedios de esta columna se extrae el aceite de Fusel y por el fondo se obtienen las flemazas, que se envían a la planta de tratamiento de aguas residuales. Deshidratación
- 18. El alcohol purificado en la destilación contiene 96% v/v de etanol y 4% v/v de agua. Para que este alcohol pueda ser usado como combustible, es necesario retirarle más agua. La deshidratación tiene lugar en los tamices moleculares, que por medio de una resina sintética retiene el agua contenida en el alcohol rectificado, para obtener como producto alcohol deshidratado con una concentración mínima del 99.5% de etanol, cumpliendo con las especificaciones para su uso como alcohol carburante. El alcohol deshidratado o alcohol anhidro se condensa y enfría para ser almacenado. Almacenamiento La destilería cuenta con una zona de almacenamiento y despacho para el producto terminado. Existen dos tanques de 112 m3 recibidores de alcohol anhidro a donde se dirige la producción de la destilería y se realizan pruebas de calidad. El alcohol anhidro certificado se almacena en tres tanques de tres millones de litros cada uno, con capacidad para 25 días de inventario. Además, hay un tanque para alcohol rectificado (595 m3), otro para alcohol impuro (75 m3), aceite de Fusel (10 m3) y gasolina (152 m3), todos construidos en acero carbón. Sistema Contra Incendios La destilería posee un sistema contra incendios de última tecnología, conformado por un sistema de detección de humo, vapores de alcohol y llama, que trabajan conjuntamente y asociados a dos anillos de agua contra incendios y agua-espuma (resistente al alcohol AR- AFFF).
- 19. Planta de Tratamiento de Aguas Residuales La planta de tratamiento de aguas residuales de la destilería recibe las flemazas y los condensados de la concentración de vinaza. Compostaje La planta de compostaje de INCAUCA es un sistema de tratamiento de residuos industriales de la fabricación de azúcar y alcohol carburante, que comprende residuos de cosecha, cachaza, ceniza de bagazo, bagazo y vinaza. Cuenta con dos plantas de tratamiento: Composmatic y Backhus. La primera con una capacidad instalada de tratamiento de 150 toneladas de residuos sólidos y 50 toneladas de vinaza; la segunda con capacidad de 550 toneladas de residuos sólidos y 150 toneladas de vinaza, para un total de tratamiento de 900 toneladas por día de residuos orgánicos.
- 20. El tratamiento se realiza en 70 días de digestión de la materia orgánica presente en los residuos hasta la obtención del producto compost, que es un acondicionador orgánico de suelos La planta tiene una capacidad instalada de producción de compost de 300 toneladas por día.