Clarificação da calda de açúcar por flotação com ar dissolvido e caracterização das microbolhas, partículas e aglomerados formados - Crema Cruz, Leandra Cristina [UNESP] (2017)
A flotação por ar dissolvido (FAD) tem sido aplicada como auxiliar no processo de clarificação da calda de açúcar cristal dissolvido em água nas refinarias brasileiras. Contudo, dados sobre a efetividade do processo ainda são bastante escassos, sendo necessário o aprimoramento e desenvolvimento de novas técnicas para melhorar a eficiência da clarificação. Foi desenvolvida uma técnica de amostragem e aquisição de imagem em tempo real durante o processo de separação das fases (clarificado e flotado), combinando microscopia e análise digital, para a análise da distribuição de tamanho das microbolhas e aglomerados formados, a qual demonstrou ser eficaz na detecção dos objetos circulares (microbolhas) e irregulares (aglomerados). O tamanho (25 a 45 μm) e a quantidade das microbolhas (6 a 36 microbolhas mm-2) aumentaram com o aumento da pressão (495, 695 e 895 kPa) e altura na coluna de separação de fases (0,045, 0,090, 0,135, 0,180 e 0,225 m), favorecendo a clarificação por FAD. A eficiência da clarificação por FAD da calda de açúcar com diferentes graus de impurezas (99,8 e 99,1ºZ) foi avaliada com base na análise das variáveis operacionais: agentes auxiliares de clarificação em diferentes dosagens, como o ácido fosfórico, hidróxido de cálcio, um surfactante catiônico, três floculantes aniônicos, cinco diferentes temperaturas (25, 40, 55, 70 e 85oC), e, em condições fixas de concentração de sólidos solúveis da calda (65ºBrix) e condições do saturador (895 kPa e 300 s de agitação mecânica). As respostas aos tratamentos foram analisadas em termos de cor, turbidez, filtrabilidade, cinzas condutimétricas, tempo de separação de fases e volume de flotado. As melhores condições operacionais para a FAD para a clarificação da calda de açúcar cristal especial (99,8ºZ) foram obtidas na temperatura de 70ºC, 600 ppm do H3PO4, 5ºBe do sacarato de cálcio para correção do pH a 7,3, 150 ppm do surfactante catiônico Flonex® 7080 SI e 5 ppm do floculante aniônico Flonex® 9051 SI, proporcionando excelentes resultados de cor (75,2% de redução), turbidez (81,6% de redução), filtrabilidade (41,8% de aumento), cinzas condutimétricas (32,6% de aumento), tempo de separação de fases (clarificado e flotado) (1800 s) e baixo volume de flotado (328 mL). Na clarificação da calda de açúcar cristal bruto VHP (99,1ºZ) a 40ºC, contendo maior teor de impurezas e coloração, aplicando a mesma dosagem de H3PO4 (600 ppm) e sacarato de cálcio (5ºBe), as melhores condições ocorreram em maior dosagem do surfactante catiônico (525 ppm) e do floculante aniônico (10 ppm), com menores reduções de cor e turbidez. O potencial zeta, condutividade elétrica e tamanho de partículas também foram investigados, na ausência e presença dos agentes clarificantes, e os resultados demostraram mudanças nas propriedades superficiais das partículas coloidais, considerável aumento na adsorção das cargas positivas do surfactante catiônico com o aumento da pureza em sacarose nas caldas de açúcar avaliadas. A máxima aglomeração de partículas foram obtidas próximas do ponto de maior instabilidade (+3,5 mV), com aumento significativo no tamanho das partículas (de 0,176 para 1,663 μm), para a calda de açúcar especial, nas melhores condições operacionais, observando-se grandes diferenças nos tamanhos das partículas formadas sem flotação (1,663 μm) e dos aglomerados formados na clarificação por flotação (140 μm). Os resultados demonstraram que a eficiência da clarificação da calda de açúcar está diretamente relacionada com a composição do açúcar cristal usado como matéria prima e com os tratamentos físico-químicos aplicados para auxiliar o processo de clarificação por FAD. Sugere-se que as operações de refino sejam otimizadas em função da matéria prima, adequando-se às condições operacionais e aos agentes auxiliares de clarificação, para proporcionar redução nos custos industriais e melhor qualidade do açúcar final produzido.