DISEÑO DE PLANTA INGENIO
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DISEÑO DE PLANTA PARA LA FABRICACION DE AZUCAR DE CAÑA JUAN SEBASTIAN LOSADA LUIS GERARDO ORJUELA UNIVERSIDAD DEL TOLIMA FACULTAD DE INGENIERIA AGRONOMICA PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL DISEÑO DE PLANTA IBAGUE 2012
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DISEÑO DE PLANTA PARA LA FABRICACION DE AZUCAR DE CAÑA
JUAN SEBASTIAN LOSADA
LUIS GERARDO ORJUELA
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
FACULTAD DE INGENIERIA AGRONOMICA
PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
DISEÑO DE PLANTA
IBAGUE
2012
DISEÑO DE PLANTA DE PARA LA FABRICACION DE AZUCAR DE CAÑA
JUAN SEBASTIAN LOSADA
LUIS GERARDO ORJUELA
Proyecto presentado al Ingeniero: CARLOS ARTURO SANCHEZ
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
FACULTAD DE INGENIERIA AGRONOMICA
PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
DISEÑO DE PLANTA
IBAGUE
2012
1. INTRODUCCION
El azúcar es un disacárido compuesto por glucosa y fructosa que se encuentra principalmente
en frutas, vegetales y miel, para la producción de azúcar se utiliza la caña de azúcar
(Saccharum officinarum L), la cual es un es una gramínea tropical, un pasto gigante en cuyo
tallo se forma y acumula un jugo con alto contenido de sacarosa, compuesto que al ser
extraído y cristalizado en el ingenio forma el azúcar.
Un ingenio azucarero es una empresa agroindustrial, la cual se encarga de producir azúcar a
partir de diversas materias primas, la más utilizada es la caña de azúcar, aunque también se
puede obtener a partir de remolacha, el maíz y el sorgo. Para la producción de azúcar, el jugo
que se extrae de la caña pasa por una serie de procesos físico-químicos, tales como molienda,
evaporación, cristalización, centrifugación, filtración, entre otros.
La producción de azúcar en Colombia, se da principalmente en la zona del valle del cauca y sus
alrededores, ya que esta zona presenta las condiciones ambientales adecuadas para el cultivo
de la caña, es por tal motivo que la mayoría de los ingenios colombianos se ubican en esta
región.
La caña de azúcar llegó a Cali traída por Sebastián de Belalcázar, quien la cultivó
en su estancia de Yumbo. De allí el cultivo se diseminó por la cuenca del río
Cauca. Durante la Colonia, la producción de panela, azúcar y mieles fue una tarea
artesanal y así permaneció hasta comienzos del Siglo XX, cuando se inauguró una
moderna planta en el Ingenio Manuelita. Para 1930 sólo había tres ingenios en el
Valle del Cauca: Manuelita, Providencia y Ríopaila; desde esos años la industria
azucarera empezó a expandirse en la región hasta completar 22 ingenios.1
Hoy en día Colombia los ingenios azucareros se dedican principalmente a la producción de
azúcar y de alcohol carburante; para octubre de 2011 la “producción de azúcar fue de 205.458
TMVC (toneladas métricas de volumen crudo), el consumo nacional aparente (ventas de los
ingenios más exportaciones) alcanzo 152.246 TMVC y se exportaron 109.184 TMVC, además la
producción de alcohol carburante fue de 33.252 millones de litros.”2
1 www.asocaña.org/publico/historia
2 www.asocaña.org/modules/documentos
JUSTIFICACION
El diseño de una planta para la producción de azúcar se realizó con el fin de
conocer y aplicar los conocimientos adquiridos a través de la carrera de
ingeniería agroindustrial en un campo que cuenta con una amplia gama de
procesos agroindustriales como lo es un ingenio azucarero.
Un ingenio azucarero, es una agroindustria que lleva a cabo procesos como
molienda, evaporación, cristalización, centrifugación, filtración, entre otros, los
cuales son de importancia para el ingeniero agroindustrial, que debe estar en
capacidad de realizar los respectivos balances de masa y energía en cada uno
de estos proceso, también debe buscar una mejora continua en cada proceso
para poder aumentar la productividad y el rendimiento, es aquí donde se hace
útil el valor académico de un ingeniero.
La gran demanda de azúcar que exige el mercado 1’564.939 toneladas por
año3, es una motivación para realizar este trabajo, ya que en Colombia existen
aproximadamente 13 ingenios azucareros encargados de suplir la demanda
nacional e internacional, la mayoría de los ingenios se encuentran ubicados en
una zona estratégica, el valle de cauca, una zona ideal para el cultivo de caña
de azúcar, en este departamento se encuentran grandes extensiones de tierra
sembradas 193,423 toneladas por año4, y la industria azucarera proporciona
una fuente de empleo para la mayoría de personas de la región. En el
departamento del Tolima en los últimos años ha aumentado el cultivo de caña
de azúcar teniendo en cuenta que la región es propicia para este cultivo
cumpliendo con requerimientos climáticos y de tierra que representan gran
viabilidad para el desarrollo de esta cadena agroindustrial, este auge de
siembra en el departamento es otra razón para realizar el diseño de una planta
de este tipo, aunque en el departamento no existe un ingenio azucarero, si
puede proyectar para el futuro la creación de este y fomentar el crecimiento
socio-económico del Tolima.
3 http://www.agronet.gov.co/agronetweb/AnalisisEstadisticas/tabid/73/Default.aspx
4 Ibid
DEFINICION
El azúcar es un endulzante de origen natural, sólido, cristalizado, constituido
esencialmente por cristales sueltos de sacarosa, obtenidos a partir de la caña
de azúcar, mediante procedimientos industriales apropiados. Siendo este uno
de los productos más utilizados en la vida diaria, es una fuente de energía
eficiente, económica, pura y a la vez un alimento muy útil. Pocas veces se
consume en forma directa siendo lo usual adicionarlo a otros alimentos para
mejorar su sabor, textura y cuerpo (bebidas, jugos, helados), utilizarlo como
preservante (leche, frutas, jamones) y como mejorador de la apariencia
(panadería, pastelería).
Un ingenio azucarero es el encargado de producir el azúcar, es en este lugar
donde se llevan a cabo las operaciones unitarias que dan como resultado el
azúcar, el proceso de producción de azúcar, como todo proceso industrial,
necesita del control analítico y de ingenieria para conducir de la mejor forma las
diferentes operaciones unitarias, de modo que se asegure la mayor parte del
producto terminado y se reduzcan al máximo las pérdidas. De este modo se
dará a conocer a continuación una descripción de las operaciones de
separación que lleva a cabo este tipo de industria, presentado un diagrama de
flujo del proceso de obtención de azúcar.
Figura 1. Diagrama de flujo para la obtención de azúcar
5
5 CHEN C.P. James. Manual del azúcar. Editorial Limusa. México, D.F. 1991. p. 83
De acuerdo al diagrama de flujo, se dará a conocer de forma general cada
etapa que se presenta en el proceso de obtención de azúcar:
Cosecha. Cortado y recolección de la caña de azúcar.
Almacenaje. Se determina la calidad, el contenido de sacarosa, fibra y nivel de
impurezas. La caña es pesada y lavada.
Picado de la caña. La caña es picada en máquinas especialmente diseñadas
para obtener pequeños trozos.
Molienda. Mediante presión se extrae el jugo de la caña. Se agrega agua
caliente para extraer el máximo de sacarosa que contiene el material fibroso.
Clarificación y refinación. En la clarificación se eleva la temperatura del jugo,
se separa un jugo claro. Es posible también refinarlo y para ello se agrega cal
que ayuda a separar los compuestos insolubles. También suele tratarse con
dióxido de azufre gaseoso para blanquearlo. No todo el azúcar de color blanco
proviene de un proceso de refinado.
Evaporación. Se evapora el agua del jugo y se obtiene una meladura o jarabe
con una concentración aproximada de sólidos solubles del 55 % al 60 %. La
meladura es purificada en un clarificador. La operación es similar a la anterior
para clarificar el jugo filtrado.
Cristalización. De la cristalización se obtienen los cristales (azúcar) y líquido.
Centrifugado. Se separan los cristales del líquido.
Secado y enfriado. La azúcar húmeda es secada en secadoras de aire
caliente en contracorriente y luego enfriada en enfriadores de aire frío en
contracorriente.
Envasado. El azúcar seca y fría se empaca en sacos y está listo para su venta.
UBICACIÓN
La determinación de ubicación de planta es una tarea difícil para los ingenieros
debido a la permanente toma de decisiones que se enfrentan, es por ello que el
estudio debe ser minucioso y acertado lo que conlleva a beneficios, costos y
problemas generados por esta decisión. Como primera medida de inicio de
este estudio se determina la macrolocalización de la planta teniendo en cuenta
criterios objetivos que de una manera cuantitativa y cualitativa evalúan la
probabilidad de ubicación.
Macrolocalización
El valle del cauca es la región ideal para el cultivo de la caña de azúcar esto
gracias a sus características climáticas, precipitación y calidad de suelos que
hacen de esta una de las regiones únicas donde el cultivo es permanente, es
por ello que la planta azucarera se ubicara en dicha región, teniendo en cuenta
criterios que soporten la decisión y justifiquen de una manera clara las razones
de localización.
La región está comprendida desde el norte del departamento del cauca
atravesando el valle del cauca y culminando en el sur de Risaralda, en esta
región hay 218.311 hectáreas sembradas en caña para azúcar, de las cuales,
el 24% corresponde a tierras propias de los ingenios y el restante 76% a más
de 2.000 cultivadores de caña. Dichos cultivadores abastecen a los 13 ingenios
que se encuentran distribuidos por toda la región6, cada una de las cuatro
alternativas fueron elegidas en base a la concentración de ingenios ubicados
en cada sector de la región, como también territorios de alta proyección y
desarrollo que granticen de diferentes maneras la permanencia de una nueva
industria azucarera.
Alternativas de ubicación.
Zarzal (Valle del Cauca): Municipio que en los últimos años ha aumentado su
potencial en la agroindustria de la caña teniendo en cuenta el crecimiento de
cultivos y producción de caña azucarera se convierte en una alternativa de gran
viabilidad de inversión y asi mismo desarrollo regional.
El cerrito (Valle del Cauca): Aunque el cerrito cuenta con grandes extensiones
de tierra dedicadas a la producción de caña la razón por la que se define como
una alternativa es la baja concentración de ingenios azucareros actualmente y
de la misma manera la gran cantidad de recursos de tierra e hídricos que
hacen de este una gran alternativa de inversión.
Jamundí (Valle del Cauca): Actualmente el municipio de Jamundi cuenta con
un porcentaje de área sembrada de caña azucarera menor al que tienen otros
municipios esto debido a que no se ha extendido en gran magnitud pero con
6 www.asocana.org/publico/info.
proyecciones a futuro de alto crecimiento y también cuenta con el mayor
recurso hídrico de la región contando con siete vertientes hídricas de alto
caudal y disponibilidad de agua.
Puerto tejada (cauca): Municipio ubicado al norte del departamento del cauca
con aproximadamente 8000 ha de caña sembradas7 siendo uno de los
municipios del Cauca con mayor producción mensual de caña para el sector
azucarero, este municipio abastece el ingenio Cauca y la cabaña los cuales
son de gran magnitud, el potencial de materia prima en esta región del norte
del Cauca es alta permitiendo una seguridad de materia prima para la planta.
Criterios de ubicación
Para la determinación de la región de ubicación de la planta de producción de
azúcar se tendrán en cuenta cuatro criterios de ubicación los cuales se
introducen en una matriz de toma de decisiones la cual determina de una
manera clara y objetiva la mejor ubicación teniendo en cuenta la participación
de cada uno de los factores o criterios de localización.
Materia Prima: La disponibilidad de materia prima será evaluada por las
hectáreas de caña de azúcar sembradas en cada una de las regiones, este
criterio es de gran importancia debido a que los rendimientos de azúcar a partir
de caña están alrededor del 11% 8 lo que indica que se necesita grandes
cantidades de materia prima y así mismo el abastecimiento debe ser constante
y seguro para no permitir irregularidades en la producción.
Transporte: El costeo de fletes aumenta dependiendo de la distancia entre el
puerto de buenaventura y la alternativa es por ello que este criterio elegirá el
costo más viable que permita junto con los demás criterios el mayor beneficio
para la organización.
Costo de terreno: El coste de oportunidad determinara si es mejor un costo
más bajo por menos hectáreas. Según asocaña la calidad del terreno de toda
la región del valle del cauca no es muy diferencial, el único motivo por el cual
aumenta los costos de terreno es el nivel de demanda en cada una de las
alternativas por ello este criterio juega un papel importante en el proceso de
toma de decisiones.
Disponibilidad de agua: en el proceso de producción de azúcar el consumo de
agua es alto esto porque en la mayoría de los procesos el agua cumple
diferentes funciones y se hace necesaria una disponibilidad alta de este
recurso, en la región del valle del Cauca este rio es el más importante pero
existen otras vertientes que pueden a evidenciar la mejor alternativa de
ubicación.
7 http://www.minambiente.gov.co/documentos/GUIA_~1A.PDF
8 http://www.procaña.org
Proceso de toma decisiones
Árbol jerárquico de toma de decisiones.
Matriz de toma de decisiones aplicada a criterios
Materia prima
Transporte valor del terreno agua
Materia Prima 1/1 6/3 5/3 5/1
Transporte 3/6 1/1 3/4 3/1
valor del terreno 2/5 2/3 1/1 4/1
disponibilidad de agua 1/5 1/3 1/3 1/1
Materia prima Transporte valor del terreno
disponibilidad de agua
Materia Prima 1,0000 2,0000 1,6667 5,0000
Transporte 0,5000 1,0000 0,7500 3,0000
valor del terreno 0,4000 0,6667 1,0000 4,0000
disponibilidad de agua 0,2000 0,3333 0,3333 1,0000
Materia prima Transporte valor del terreno
disponibilidad de agua
Materia Prima 54,7556 100,3222 97,5093 337,2778
UBICACION DE PLANTA
AZUCARERA
MATERIA PRIMA TRANSPORTE COSTO DE TERRENO
DISPONIBILIDAD DE AGUA
Zarzal
El Cerrito
Jamundí
Pto Tejada
Zarzal
El Cerrito
Jamundí
Pto Tejada
Zarzal
El Cerrito
Jamundí
Pto Tejada
Zarzal
El Cerrito
Jamundí
Pto Tejada
Transporte 28,1111 51,5056 50,0583 173,1500
valor del terreno 28,8422 52,8370 51,3722 177,6889
disponibilidad de agua 10,4656 19,1741 18,6380 64,4667
Tabla 1. Ponderación de criterios de localización
Matriz de toma de decisiones aplicada en alternativas
Materia Prima
MATERIA PRIMA
municipio hectáreas
Jamundí 5358
zarzal 8583
Pto tejada 8606
el cerrito 13832
Tabla 2. Área sembrada de caña azucarera. Fuente: min. Medio ambiente9
Jamundí
Zarzal Puerto Tejada El cerrito
Jamundí 1/1 3/5 3/6 3/6
Zarzal 5/3 1/1 5/5 4/6
Puerto Tejada 6/3 5/5 1/1 4/6
El cerrito 6/3 6/4 6/4 1/1
Jamundí Zarzal Puerto Tejada
El cerrito
Jamundí 4,0000 2,4500 2,3500 1,7333
Zarzal 6,6667 4,0000 3,8333 2,8333
Puerto Tejada 7,0000 4,2000 4,0000 3,0000
El cerrito 9,5000 5,7000 5,5000 4,0000
Jamundí Zarzal Puerto Tejada
El cerrito
Jamundí 65,2500 39,3500 37,7250 27,8583
9 http://www.minambiente.gov.co/documentos/GUIA_~1A.PDF
Criterio Ponderación
Materia Prima 0,4482
Transporte 0,2301
Mano de obra 0,2361
Servicios 0,0857
Zarzal 107,0833 64,5833 61,9167 45,7222
Puerto Tejada 112,5000 67,8500 65,0500 48,0333
El cerrito 152,5000 91,9750 88,1750 65,1167
Materia prima
Municipio Ponderación
Jamundí 0,1492
zarzal 0,2449
puerto tejada 0,2572
el cerrito 0,3487 Tabla 3. Ponderación de alternativas en relación a materia prima
Transporte
TRANSPORTE
Municipio Costo de transporte/Tonelada Ponderación
Jamundí $ 45.124,22 0,2244
Zarzal $ 60.779,56 0,3023
Pto Tejada $ 42.975,45 0,2137
El cerrito $ 52.184,47 0,2595
Total $ 201.063,70 1,0000
Tabla 4. Ponderación de alternativas en relación a costo de transporte. Fuente: Fenalce 10
Costo de terreno
Costo del terreno
Municipio $ hectarea
Jamundí 39.388.020,00
Zarzal 65.000.000,00
Puerto Tejada
60.000.000,00
El cerrito 56.250.000,00
Tabla 5. Costo del terreno. Fuente: Fincas del valle 11
Jamundí Zarzal Puerto Tejada El cerrito
Jamundí 1/1 5/1 5/1 5/3
Zarzal 1/5 1/1 1/2 1/3
Puerto Tejada 1/5 2/1 1/1 1/3
10
http://www.fenalce.org/pagina.php?p_a=98 11
http:// www.fincasdelvalle.com
El cerrito
1/1
Jamundí Zarzal Puerto Tejada
El cerrito
Jamundí 1,0000 5,0000 5,0000 1,6667
Zarzal 0,2000 1,0000 0,5000 0,3333
Puerto Tejada 0,2000 2,0000 1,0000 0,3333
El cerrito 0,6000 3,0000 3,0000 1,0000
Jamundí Zarzal Puerto Tejada
El cerrito
Jamundí 67,0000 405,0000 285,0000 111,6667
Zarzal 11,4000 69,0000 48,5000 19,0000
Puerto Tejada 16,2000 98,0000 69,0000 27,0000
El cerrito 40,2000 243,0000 171,0000 67,0000
valor del terreno
Municipio Ponderación
Jamundí 0,4970
Zarzal 0,0846
Puerto Tejada 0,1203
El cerrito 0,2982 Tabla 6. Ponderación de alternativas en relación a costo del terreno.
Disponibilidad de agua
Disponibilidad de aguas
Municipio cantidad de vertientes de aguas
Jamundí 7 (Cauca, Rio Claro, Guachinte, Jamundi, Jordan, Pital y Timba.)
Zarzal 2 (Rio cauca, Rio la paila)
Puerto Tejada 5 (Cauca, desbaratado, guengue, palo y paila)
El cerrito 4 (Amaime, Cauca, Cerrito y Sabaletas)
Tabla 7. Ríos de regiones azucareras. Fuente: 121314
12
http://www.valledelcauca.gov.co/publicaciones.php?id=39 13
http://www.camaratulua.org/modulos.php?mod=content&fnc=viewi&id=23 14
http://www.amunorca.gov.co/municipios/Pueto%20tejada.html
Solución de matriz algebraica
Materia prima Transporte Mano de obra Servicios
Jamundí 0,1492 0,2244 0,4970 0,3659
0,4602 Materia Prima 0,5690 Jamundí
Zarzal 0,2449 0,3023 0,0846 0,1084
0,2523 Transporte
0,1868 Zarzal Puerto Tejada 0,2572 0,2137 0,1203 0,2879
0,2126
Mano de obra 0,1869
Puerto Tejada
El cerrito 0,3487 0,2595 0,2982 0,2378
0,0748 Servicios
0,0856 El cerrito
1,0000 1,0000 1,0000 1,0000
1,0000
1,0000
Relación beneficio/costo
Costo / m2 Costo Normalizado Relación Beneficio/Costo
1. Jamundí 3939 0,1785 3,1874
2. Zarzal 6500 0,2946 0,6340
3. Puerto Tejada 6000 0,2719 0,6874
4. El cerrito 5625 0,2549 0,3359
22064 1,0000 Tabla 7. Relación beneficio/costo
DIAGRAMAS DE FLUJO
DIAGRAMA DE FLUJO DE CAJAS
RECEPCION DE LA MATERIA PRIMA
MOLIDO
CLARIFICACION
EVAPORACION
CRISTALIZACION
CENTRIFUGACIÓN
SECADO
ALMACENAMIENTO
BALANCE DE MATERIA
1. BALANCE DE MASA
1.1. Molienda
Balance de masa en trapiches
El proceso de elaboración de azúcar a partir de caña azucarera inicia con la recepción,
muestreo y peso de la caña la cual luego de ser autorizada es llevada hacia las picadoras
que la dividen en varios segmentos para poder extraer el jugo de una mejor manera,
también es pasada por una banda con imanes para eliminar la mayor cantidad de
impurezas presentes en la materia prima. Posteriormente la caña es pasada a el trapiche
de capacidad para procesar 6 toneladas de caña hora, de igual manera se ingresa agua
(agua de imbibición) al sistema para que esta arrastre la mayor cantidad de sacarosa y se
logre una mejor purificación.
Caña; C = 4500 Kg/h
Agua; A= 1500 Kg/h
Bagazo; Bg = 1350 Kg/h
Jugo mixto; Jm = 4650 Kg/h
C + A =Jm +Bg
1.2. Calentamiento I
Balance de masa en calentadores
Debido a que el jugo mixto necesita un aumento de temperatura este es pasado a través
de un calentador que lo lleva hasta una temperatura entre 70-75ºC la cual permita una
alta eficiencia en las operaciones posteriores.
Jugo mixto frio ;Jmf = 4650 Kg/h
T= 30ºC
Jugo mixto caliente;Jmc =4650 Kg/h
T= 71ºC
Vapor sobrecalentado; Vs
Condensado de vapor; Vc
Jm + Vs = Jmc + Vc
1.3. Mezclado
Balance de masa en tanque de mezcla
Cuando el jugo mixto llega a los 75°C este es mezclado con el jugo filtrado proveniente de
los filtros de lodo donde se hizo la extracción de la cachaza, se puede entender como una
corriente recirculada.
Jugo mixto caliente; Jmc =4650Kg/h
Jugo filtrado; Jf = 744 Kg/h
Jugo mezclado; Jm = 5394 Kg/h
Jm + Jf = Jmx
1.4. Encalado
Balance de masa en el encalado
El jugo mezclado posee un sin número de impurezas que deben ser retiradas antes de la
cristalización para así obtener un producto limpio. Mediante un procedimiento de
preparación de una lechada de cal el cual se refiere a cal hidratada este será mezclado
con la corriente de jugo mezclado proveniente del mezclador el % de lechada de cal será
equivalente al 2% con una concentración de cal de 60%.
Jugo mezclado; Jm =5394 Kg/h
Lechada de cal; CaO= 108 Kg/h
Jugo encalado; JCa= 5502 kg/h
Jmx + CaO = JCa
1.5. Calentamiento II
Balance de masa en calentadores
Antes de realizar la precipitación de impurezas el jugo debe entrar con una temperatura
superior a los 100°C, lo que aumentara el % de extracción en el flash tank y el clarificador,
usando vapor caliente el jugo es llevado a esta temperatura.
Jugo encalado; JCa =5507 Kg/h
T = 71°C
Vapor caliente; Vc
Jugo caliente encalado;JCax = 5507 Kg/h
T= 105°C
Condensado; Vc
JCa + Vs = JCax + Vc
1.6. Clarificación
El proceso de clarificación del jugo comprende dos etapas primero es pasado por un
tanque de venteo donde se produce una autoevaporación por disminución de la presión,
luego el líquido restante se lleva al clarificador donde por decantación provocada
mediante la adición de polímeros se separa de las impurezas, el lodo restante es llevado
a un filtro de lodo donde se retira la cachaza y el sobrenadante de jugo es recirculado al
proceso en la operación de mezclado.
Balance de masa en el flas tank
En esta operación se evapora el 2% del agua del jugo
Jcax = Va + Jcm
Balance de masa en el clarificador
El jugo ingresa al tanque de clarificación, antes de esto se le agrega 1000 ppm de un
polímero o enzima (carboximetilcelulosa, papaína, peptidasa) el cual se asocia con las
impurezas y clarifica, este es preparado con agua en relación 1:1. La operación tiene un
porcentaje de extracción del 85%.
Jugo caliente encaladoJCax = 5507 Kg/h; T= 105°C
Vapor; Va= 110 Kg/h; T=100°C
Jugo concentrado; Jcm= 5397 Kg/h; T= 100°C
Jugo; Jcm = 5397 Kg/h; T=100°C
Polimero; Pl= 10.79 Kg/h; T=40°C; 1000 ppm
Jugo clarificado; Jcl= 4596 Kg/h T= 98°C
Lodo; Ld = 811.16 Kg/h
Jcm + Pl = Ld + Jcl
Balance masa en el filtro de lodos
El lodo obtenido en el tanque es llevado a un filtro (vacío, prensa, carbón activado,
microfiltros), en donde se recupera jugo y este es recirculado al sistema. En esta
operación se agrega agua caliente a 70°C para solubilizar la sacarosa y llevarla de nuevo
al sistema.
Lodo; Ld = 811.16 Kg/h
Agua; A= 40.558 Kg/h; T=70°C
Cachaza; Ch= 107.72 Kg/hHumedad= 20%
Jugo filtrado; Jf= 744 Kg/h
Ld + A = Jf + Ch
1.7. Evaporación
La evaporación quizás es una de las principales operaciones unitarias en la industria
azucarera en esta se obtiene un jugo concentrado y puro el cual está listo para la
obtención de cristales.
Balance de masa en los evaporadores
Jugo clarificado; Jcl= 4596 Kg/h;X= 16%;T=98°C
Jugo concentrado;Jz = 1103 Kg/h
X=80%
Vapor; Vt= 122 Kg/h
Jz1=
Vapor Vivo; Vv
V1
V2
Jz2 X= 50%
Vapor condensado;Vc1
Jz3 X=60%
V1
Vc2
Vc3
Balance efecto 1
Jcl + Vv = V1 + Jz2 + Vc1
Consideración: Vv = Vc1
Jcl = V1 + Jz2
Balance parcial
Jcl(Xcl) = V1(Xv)+Jz2(Xz2)
4596(0.16) = V1 (0) + Jz2(0.5)
Jz2 =1470.72 kg/h
Balance efecto 2
Jz2 + V1 = V2 + Jz3 + Vc2
Consideración: V1 = Vc2
Jz2 = V2 + Jz3
Balance parcial
Jz2(Xz2) = V2(Xv)+Jz3(Xz3)
1470.72(0.5) = V1 (0) + Jz3(0.6)
Jz3 =1225 gk/h
Balance efecto 3
Jz3 + V2 = Vt + Jz +Vc3
Consideración V2= Vc3
Jz = Jz3 – Vt
Jz = 1225 – 122
Jz = 1103 Kg/h
1.8. Obtención de cristales
La obtención de cristales de azúcar comprende la sucesión de tres operaciones.
Inicialmente el jugo concentrado obtenido de los evaporadores e lleva a un tanque de
flotación el cual se encarga de inicial separación solido-liquido, posteriormente este
ingresa al primer tacho en el cual se produce la evaporación y posterior cristalización,
cuando se obtienen los cristales estos son centrifugados y están listos para el secado y
empacado, el sistema de cristalización mostrado es de tres tachos de calandria con su
respectivo cristalizador y centrifugador, este tiene recirculación de magma desde el ultimo
tacho hacia el tanque de flotación, los cristales obtenidos poseen un 98.87% de pureza.
Tanque de meladuras
Jz
R1
Jo
Vs
Vc
V1
C1
C1
Ag1
J2
Mo
Cr1
A1
Cr
J2
Vc2
C2
C2
M2
Cr2
R2
V2Vt
Cr
C3
Vc3
C3
Az
M3
R1
A3
Balance de masa en última etapa
En el proceso de cristalización ingresa 1103 Kg/h de jugo concentrado proveniente de los
evaporadores, en el sistema se produce 474.29 Kg/h de azúcar refinada en la última
etapa.
Centrifuga
C3=Az+M3 donde C3: son cristales de azúcar sin centrifugar, Az: azucar refinada, M3:
melaza obtenida de la centrifuga
C3 = 474.29+556.77 = 1031.66Kg/h de cristales
Entonces en el tacho
Cr = C3 + V3 donde V3 es el vapor de la ultima etapa proveniente del tacho 3
Cr = 1031.66+343.68= 1374 Kg/h de cristales provenientes de etapa I
Cantidad de melaza recirculada
R2 = M3+A3
R2 = 556.77 + 278.38 = 835.65 Kg/h de melaza recirculada
Balance en primera etapa
Tanque de dilución
Cr = Cr1 +A1 donde Cr1 es el azucar refinada de primera etapa, A1 agua de dilución, Cr
cristales diluidos enviados a ultima etapa.
Cr1 = Cr – A1 = 1374 – 458.54 = 916.49 Kg/h
En la centrifuga
C1 = Mo + Cr1
C1 = 851.99 + 916.49 = 1768.48 Kg/h de cristales en etapa I
En el tacho I
J1 = V1 + C1
Donde J1 = R2 + Jo
Jo = Jz + R1
Jo = 1103 + 835.65 = 1938.65 Kg/h de alimentación de tanque de meladuras
J1 = 623.02+ 1938.65 = 2562.27Kg/h de alimentación de tacho I
V1 = J1 –C1 = 2562.27 – 1768.48 = 792.56 Kg/h de vapor de etapa I
En tanque de dilución de melaza
Mo = J2 - Ag1
Mo = 1064.99- 213 = 851.99 Kg/h de melaza
Balance en etapa II
En el tacho I
J2 = C2 + V2
J2 = 798.74 +226.75 = 1064.99 Kg/h cristales de etapa II
En centrifuga
C2 = M2 + Cr2
Cr2 =C2 – M2 = 798.74 – 383.39 = 415.34 Kg/h de azúcar refinada en II
En tanque de dilución refinado
R2 = cr2 + A2
R2 = 415.34 + 207.67
R2 = 623.02 Kg/h
1.9. SECADO
En este tratamiento se usara un secador rotativo donde habrá un flujo de aire seco a
temperatura entre 30-40ºC el cual no están caliente debido a que si lo es puede perjudicar
las propiedades sensoriales y organolépticas del producto.
El porcentaje de humedad del producto final es de 0.44%
Balance de masa en el secador
Aire humedo; AhAire seco; As
Azucar comercial; Azc= 464.8 Kg/h ;%H=0.44%Azucar refinada;
Az = 474.29Kg/h; %H=2%
Az + As = Azc + Ah
DISTRIBUCION DE PLANTA
DISTRIBUCIÓN EN PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE AZÚCAR
METODO A UTILIZAR: Criterios cualitativos
Técnica desarrollada por Muther y Wheeler denominada SLP (Systematic Layout
planning), en ella las prioridades de cercanía entre secciones se asimilan a un código
de letras de la siguiente manera:
Tabla 1: Maquinas y equipos para el cuadro de interrelaciones
SECCIÓN EQUIPO S
Recepción bascula S01
Recepción Transportador de cañas S02
Adecuación Maquina cortadora S03
Transporte Riel de engranajes S04
Molienda Molino de rodillos S05
Mezclado Tanque de jugo mezclado S06
Clarificación Calentador S07
Clarificación Clarificador continuo S08
Clarificador Tanque de jugo filtrado S09
Evaporación Evaporador al vacío 1 S10
Evaporación Evaporador al vacío 2 S11
Evaporación Evaporador al vacío 3 S12
Evaporación Tanque de meladuras S13
Cristalización Tacho de calandria 1 S14
Cristalización Tacho de calandria 2 S15
Cristalización Tacho de calandria 3 S16
Mezclado Tanque de mezclado 1 S17
Mezclado Tanque de mezclado 2 S18
Mezclado Tanque de mezclado 3 S19
Centrifugación Centrifuga 1 S20
Centrifugación Centrifuga 2 S21
Centrifugación Centrifuga 3 S22
Clarificación Clarificador S23
Filtración Tanque de filtración S24
Secado Banda secadora con elevador
rotatorio
S25
Empaque Tolva de empaque S26
Empaque Empacadora S27
Almacenamiento cuarto S28
TABLA 2: Interrelaciones de equipos
s01
s02 s03 s04 s05 s06 s07 s08 s09 s10 s11 s12 s13 s14 s15 s16 s17 s18 s19 s20 s21 s22 s23 s24 s25 s26 s27 s28
s01
A E E E I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O
1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
s02
A E I I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O
1 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
s03
A A I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O
1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
s04
A I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X O
1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
s05
A E I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X O
1 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
s06
A E I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s07
A E I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s08
A E E E I I I I I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s09
A E E I I I I I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s10
A E I I I I I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s11
A E I I I I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s12
A E I I I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s13
A A A I I I I I I I I I I I I
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
s1 E E A E E E E E I I I I I I
4 2 2 1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1
s15
E E A E E E E I I I I I I
2 2 1 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1
s16
E E A E E E I I I I I I
2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1
s17
E E E E E I I I I I I
2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1
s18
E E E E I I I I I I
2 2 1 2 1 1 1 1 1 1
s19
E E E I I I I I I
2 2 1 1 1 1 1 1 1
s20
E E A I I I I I
2 2 1 1 1 1 1 1
s21
E A I I I I I
2 1 1 1 1 1 1
s22
A E I I I I
1 1 1 1 1 1
s23
A E I I I
1 1 1 1 1
s24
A I I I
1 1 1 1
s25
A I I
1 1 1
s26
A E
1 1
s27
A
1
En el siguiente grafico se representa el diagrama de flujo, según la secuencia del proceso y sobre el se representan las convenciones según la relación
que tiene cada equipo o sección, determinadas en la tabla anterior.
S01
S02
S13
S14
S12
S03
S07
S08 S11
S09
S04
S05
S10
S06
S28
S27
S16
S15
S17
S26
S22
S21
S18
S20
S25
S24
S19
S23
