jorge martinez wing

h

J NOMBRES: MERCEDiiS TEñPSA BOCHM SANCHEZ.

JORGE MARTINEZ W I N G .

MATRICULAS: 76333714

11326831

<ARRfiRA: INGENLERIA BIOQUIMICA INDUSTRIAL.

(SIN AREA DE CONCBNTRACION)

TRIMESTRE: TERMINADA LA CARRERA.

12ivo.

H O W SEMANA: 25

LUGAR: LABORATORIO DE FERMENTACIONES (S-154). EN EL EDIFICIO S DE LA

UNIVERSIDAD AUTONOMA WHTROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA EN COOR-

DINACION CON EL INSTITUTO TBCNOLOGICO AGROPBCUARIO # 9, XOXO-

COTLA. EDO. DE MORBLOS.

FBCHA DE INICIO: 18 DE BWEROMDE 1982.

/FECHA DE IaRMINACI6N: 23 DE SBPTIEWBRB DE 1 9 3

JTUTOR: ING. OSCAR MONROY HBRMOSILLO.

WESTO: PROFESOR DE TIEMPO COMPLETO DE LA U.A.M.I.

/TITULO: "DETERMINACION DE LAS CONDICIONES DE OPERACION DEL REACTOR---

EVAPORADOR QUE FORMA PARTE DE UN TRAPICHE INTBGRAL PARA LA - - PRODUCCION Dñ MIELES INVERTIDAS..

&m s. BOCHM SANCHEZ MARTINEZ CUMMING

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Paga INTRODUCCION ............................................. 1

ANTEIlBDENTES. ............................................ 2

OBJETIVO..... ............................................ 5

PROPIEDADES DE LOS AZUCARES LIQUIDOS INVERTIDOS.......... 6

CONCLUSIONES T E O R I C A S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............. 20

PARTE EXPERIMENTAL

MATERIAL........... ...................................... 21

METODOS PARA DETERMINAR LA CINETICA DE LA REACCION....... 22

CALCULOS. ................................................ 25

RESULTADOS...... ......................................... 26

ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS... ................ 30

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONBS ........................... 37

RESUMEN,. ................................................ 38

BIBLIOGRAFIA......... .................................... 40

APENDICE I . . . . . . . . . . . . . . . . . .............................. 41

APENDICE 1I.S. ........................................... 45

APENDICE III..... ........................................ 47

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- INDICE DE FIGURAS.

Fig. 1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO DE FABRICACION DE

MIELES INVERTIDAS .................................. Fig. 2. REACCION DE INVERSION DE LA SACAROSA DESARROLLADA..

Fig. 3. EFECTO DE LA CONCENTRACION DEL ACID0 EN LA VELOCI -

DAD DE INVERSION ................................... Fig. 4. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA INVERSION.. ......... Fig. 5. EFECTO DE TEMPERATURA Vs ph EN LA VELOCIDAD DE IN--

VERSION........ .................................... Fig. 6 . SOLUBILIDAD DE AZUCAR INVERTIDO PURO Y MEZCLAS DE -

ELLOS..... ......................................... Fig. 7. EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA DENSIDAD DE AZUCA -

RES LIQUIDOS INVERTIDOS.. .......................... Fig. 8 . AUMENTO DE COLOR EN UN LICOR INVERTIDO 9 3 % DEBIDO -

AL pH .............................................. Fig. 9 . EFECTO DE LA CONCENTRACION EN LA VISCOSIDAD, PARA -

VARIAS PROPORCIONES DE INVERSION A ZOOC ............ Fig. 10.DISERO DEL EXPERIMENTO.. ........................... Fig. 11.GRAFiCA DE INVERSION DE SACAROSA (APARICION DE AZU-

CARES REDUCTORES) .................................. Fig. 12.GRAFICA PARA DETERMINAR LA CONSTANTE DE VELOCIDAD..

Fig. 13.GRAFICA DE LA ECUACION DE ARRHENIUS ................ Fig. 14.GRAFICA PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE RESIDENCIA DEL

JUGO DE CARA EN EL EVAPORADOR ....................

3

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1 0

11

12

13

14

15

18

23

31

33

34 < I

35

- 1 -

INTRODUCCION.

La i n d u s t r i a a z u c a r e r a e s una de l a s más importantes y comple jas en n u e s t r o p a í s . Su i m p o r t a n c i a r a d i c a en que e s productora de un

a l i m e n t o i n s u s t i t u i b l e que p r o p o r c i o n a un a l t o p o r c e n t a j e de l o s h i - - d r a t o s de carbono de l a d i e t a d e l mexicano, p o r o t r o l a d o , e s i n d i s - - p e n s a b l e como m a t e r i a prima p a r a l a s i n d u s t r i a s r e f r e s q u e r a y a l imen-

t a r i a . La i n d u s t r i a a z u c a r e r a , s i n embargo, no h a r e s u l t o i n t e g r a l y - -

e f i c i e n t e m e n t e e l problema de a b a s t e c i m i e n t o de e d u l c o r a n t e s d e l p a í s Sus problemas s o n d i v e r s o s , uno de e l l o s e s l a n e c e s i d a d de P O - -

d e r i n c r e m e n t a r e l aprovechamiento de l a s areas de c u l t i v o de caña de a z ú c a r , que p o r d i v e r s a s razones son i n c o s t e a b l e s p a r a e l e s t a b l e c i - - miento de i n g e n i o s , así como e l aprovechamiento de las areas c a ñ e r a s -

q u e , aun e s t a n d o d e n t r o d e l a r e a de i n f l u e n c i a d e l i n g e n i o , p r e s e n t a n d i f i c u l t a d e s debidas a l t r a n s p o r t e o a l a f a l t a de c o o r d i n a c i ó n e n t r e campo y f á b r i c a .

Por e s t o no t o d a l a caña sembrada l l e g a a p r o c e s a r s e en los i n g e - n i o s . La i n s t a l a c i ó n de t r a p i c h e s o moliendas en zonas c a ñ e r a s han- venido a s o l u c i o n a r p a r c i a l m e n t e los problemas de é s t a i n d u s t r i a .

Los b e n e f i c i o s de l a implantación de e s t a s pequeñas a g r o i n d u s - - - t r i a s son: l a c r e a c i ó n de nuevas f u e n t e s de t r a b a j o , en zonas i n c o s - - t e a b l e s p a r a e l t r a n s p o r t e de caña ayudaría a r e d u c i r los tiempos per - d i d o s , f a c i l i t a r í a l a e j e c u c i ó n de l o s programas de mejoramiento de - l a p r o d u c t i v i d a d d e l campo y se p r o d r i a aprovechar l a caña que l o s i n - g e n i o s no pueden p r o c e s a r .

Otro a s p e c t o importante e s que é s t a pequeña i n d u s t r i a a z u c a r e r a - t e n d r í a l a c a p a c i d a d de e l a b o r a r productos t a l e s como: p i l o n c i l l o c l a - r o , j a r a b e s c l a r i f i c a d o s , m i e l e s i n v e r t i d a s , e d u l c o r a n t e s p a r a d e t e r - minados r e f r e s c o s , j a l e a s p a r a l a c o n s e r v a c i ó n de f r u t a s , e t c ; produc - t o s que c o n t r i b u i r í a n a l a dj v e r s i f i c a c i ó n de l o s e d u l c o r a n t e s .

E n t r e o t r a s de l a s v e n t a j a s que t i e n e n l o s t r a p i c h e s s e cuentan- l as s i g u i e n t e s : s o n p r a c t i c a m e n t e a u t o s u f i c i e n t e s ; los requerimemtos- e n e r g é t i c o s son b a j o s , l a i n v e r s i ó n para montar un t r a p i c h e e s r e l a t i - vamente b a j a , s e pueden i n s t a l a r en r e g i o n e s t r a d i c i o n a l m e n t e c a ñ e r a s p e r o de d í f i c i l a c c e s o , t i e n e n a l t o poder de c a p t a c i ó n de f u e r z a de - t r a b a j o a b a j o c o s t o , pueden aprovechar l a caña v i e j a para h a c e r mie- l e s de a l i m e n t a c i ó n de ganado y t i e n e n gran v e r s a t i l i d a d en l a produs c i ó n de d i f e r e n t e s t i p o s de e d u l c o r a n t e s . ( 2 )

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ANTECEDENTES.

- Dada l a n e c e s i d a d de aprovechar todo e l p o t e n c i a l cañero en e l - p a í s , e l Ing . Enr ique Galindo F e n t a n e s , b a j o e l asesoramiento d e l - - Ing . Oscar Monroy H e r m o s i l l o , d e s a r r o l l ó un p r o c e s o p a r a l a e l a b o r a - c i ó n de m i e l e s i n v e r t i d a s .

Dicho p r o c e s o t i e n e como c a r a c t e r í s t i c a fundamental l a c l a r i f i - c a c i ó n á c i d a d e l j u g o de c a ñ a , usando l i g n i n a como agente c l a r i f i c a n - t e .

E l p r o c e s o que s e encuentra esquematizado en l a f i g . 1 y que - - c o n s i s t e e n : l a e x t r a c c i ó n d e l jugo de caña p o r medio de un mol inq - a l j u g o f i l t r a d o s e l e añade l a l i g n i n a s o l u b i l i z a d a en una s o l u c i ó n d é b i l de s o s a , e inmediatamente después se l e agrega e l á c i d o que - - puede s e r s u l f ú r i c o , c l o r h í d r i c o , f o s f ó r i c o o combinaciones de e l l o s con e l o b j e t o de b a j a r e l pH y p o r l o t a n t o f l o c u l a r l a l i g n i n a que- h a s i d o agregada p a r a a r r a s t r a r l a mayoría de l o s s ó l i d o s suspendidos que e l jugo c o n t i e n e ; es conveniente a g r e g a r , en e s t e p a s o , un f l o c u - l a n t e s i n t é t i c o con e l f i n de a c e l e r a r l a v e l o c i d a d de sedimentac ión de l a s impurezas. Una vez hecha l a mezcla l o s r e a c t i v o s a n t e r i o r e s é s t a s e d e p o s i t a en un tanque sedimentador , con s a l i d a s a v a r i o s n i - v e l e s y fondo c ó n i c o p a r a c o n c e n t r a r l o s l o d o s , en e l tanque se d e j a l a mezcla durante un determinado t iempo, con e l o b j e t o de p e r m i t i r - l a s e d i m e n t a c i ó n ; después e l l í q u i d o c l a r o s e purga a l o s d i f e r e n t e s n i v e l e s y l o s l o d o s compactados s e e x t r a e n p o r medio de una v á l v u l a - s i t u a d a en e l fondo d e l tanque, e s t o s l o d o s , l lamados "cachaza", pug den s e r pasados p o r f i l t r o s prensa p a r a r e c u p e r a r e l azúcar que toda - v í a cont ienen .

El j u g o s e t r a s l a d a a l evaporador p a r a su c a l e n t a m i e n t o , con l o que e l proceso de h i d r ó l i s i s s e a c e l e r a . Una vez que s e ha o b t e n i -

do e l n i v e l deseado de i n v e r s i ó n , el jugo c l a r o s e n e u t r a l i z a con s o - s a d i l u i d a , con e l o b j e t o de e v i t a r l a producción de s u s t a n c i a s c o l o - readas que s e forman p o r e l b a j o pH y l a a l t a temperatura , a s í como- p a r a t e n e r un producto f i n a l n e u t r o .

f l ó c u l o s de f o s f a t o de c a l c i o y o t r o s compuestos, que son e l iminados f á c i l m e n t e por d e c a n t a c i ó n prolongada en l o s tanques de almacenamien - t o de producto . E l jugo f i l t r a d o y n e u t r o s e s i g u e evaporando h a s - t a l l e g a r a una c o n c e n t r a c i ó n de aproximadamente 85'Bx.

A l r e a l i z a r l a n e u t r a l i z a c i ó n en c a l i e n t e , s e producen nuevos - I

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E l j a r a b e o b t e n i d o se almacena en tanques de fondo c ó n i c o para-

e f e c t u a r l a d e c a n t a c i ó n p o r e s p a c i o de 24 Ó 4 8 horas y p o s t e r i o r m e n -

t e s a l i r a l a v e n t a . El p r o c e s o que s e ha d e s c r i t o a n t e r i o r m e n t e p o s e e , e n t r e o t r a s ,

l as s i g u i e n t e s c u a l i d a d e s : a) E l a b o r a m i e l e s i n v e r t i d a s , s i n n e c e s i d a d de p a s a r por l a e t a -

pa de c r i s t a l i z a c i ó n .

b) Emplea un método de c l a r i f i c a c i ó n que d e j a e l j u g o c l a r i f i c a - do á c i d o , con e l o b j e t o de f a c i l i t a r l a i n v e r s i ó n en e l s i g u i e n t e pa -

c) E l á c i d o t i e n e un d o b l e uso; en l a c l a r i f i c a c i ó n y en l a h i -

d) R e a l i z a e n un mismo paso l a i n v e r s i ó n y l a evaporación.

so.

d r ó l i s i s .

R e f . (1)

A manera de comparación en e l Apendice I s e mencionan algunos - métodos i n d u s t r i a l e s p a r a l a o b t e n c i ó n de a z ú c a r l í q u i d o i n v e r t i d o .

. I- - s - '

OBJETIVO.

Debido a que l a i n s t a l a c i ó n de t r a p i c h e s o moliendas en zonas- c a ñ e r a s e s una solución al problema de l a i n d u s t r i a a z u c a r e r a en - - n u e s t r o p a í s , y y a que uno de l o s a s p e c t o s más importantes de e s t a - pequeña i n d u s t r i a e s l a capacidad de e l a b o r a r productos a b a j o c o s - t o y en l u g a r e s de d i f i c i l a c c e s o t a l e s como: p i l o n c i l l o c l a r o , j a - r a b e s , m i e l e s r icas i n v e r t i d a s , e t c . -

Nuestro p r o p ó s i t o c o n s i s t e en determinar las c o n d i c i o n e s de - - operación ( t e m p e r a t u r a , tiempo de r e s i d e n c i a ) d e l r e a c t o r evapora - dor que forma p a r t e d e l t r a p i c h e i n t e g r a l p a r a l a producción en e s - t e c a s o de miel i n v e r t i d a , e l c u a l s e encuentra s i t u a d o en e l I n s t i - t u t o T e c n o l ó g i c o Agropecuario # 9 , en X o x o c o t l a , Edo. de Morelos.

PROPIEDADES DE LOS AZUCARES L:íQUIDOS INVERTIDOS.

La sacarosa t i e n e l a fórmula g e n e r a l C H O e s un d i s a c á r i d o

que consta de dos compuestos monosacár idos ; l a D-glucosa y l a D - f r u c - t o s a , con un p e s o m o l e c u l a r de 342.3. Los componentes monosacáridos s e condensan en grupos g l i c o s í d i c o s . E s t o s grupos en que l o s monos% c á r i d o s l i b r e s muestran un e q u i l i b r i o de c o n f i g u r a c i o n e s o( y @ , s e - f i j a n en l a m o l é c u l a de l a s a c a r o s a en una c o n f i g u r a c i ó n * d e l compo- nente de f r u c t o s a .

Mientras que e l componente de g l u c o s a e s t á l i g a d o a s u forma p i - r a n o s í d i c a normal l o s componentes de f r u c t o s a muestran en l a molécula de s a c a r o s a una forma anormal, f u r a n o s í d i c a , que no s e observa en l a - f r u c t o s a l i b r e .

De acuerdo a e s t a s - c i r c u n s t a n c i a s e l nombre químico de l a sacar0 - sa e s 4 - D - g l u c o p i r a n o s i l @ - D - f r u c t o f u r a n o s i d o , s i e n d o su fórmula - - e s t r u c t u r a l l a s i g u i e n t e :

12 22 11’

HO

i La s a c a r o s a , a l i g u a l que o t r o s c a r b o h i d r a t o s , es producida en - I

l as p l a n t a s p o r un p r o c e s o fotoquímico en e l que s e b i o s i n t e t i z a e l - b i ó x i d o de carbono d e l a i r e con e l agua a b s o r b i d a p o r l a p l a n t a ; r e a c - c i ó n que se c a t a l i z a p o r medio de l a c l o r o f i l a y con l a e n e r g í a de l a l u z p a r a p r o d u c i r c a r b o h i d r a t o s y oxígeno l i b r e . La r e a c c i ó n g l o b a l puede s e r r e p r e s e n t a d a de l a s i g u i e n t e manera:

- r C H O + 6 Q 6 CO + 6 H 2 0 + 675 Kal _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2 6 12 6 2

-

c - 7 -

La s a c a r o s a e s muy e s t a b l e , ~- p e r o s u j e t a a descomposición o h i d r i j l i s i s cuando s e e n c u e n t r a en s o l u c i ó n y s u j e t a a c a l o r en p r e s e n c i a - de un á c i d o acuoso d i l u i d o , o por a c c i ó n de l a enzima i n v e r t a s a , o b t e - niendose c a n t i d a d e s i g u a l e s de! D ( + ) - g l u c o s a y D ( - ) - f r u c t o s a . E s t a - h i d r ó l i s i s va acompañada p o r un cambio d e l s i g n o de r o t a c i ó n , de p o s i - t i v o a n e g a t i v o ; p o r e s o , se l lama i n v e r s i ó n de l a ( + ) - s a c a r o s a , y l a mezcla l e v ó g i r a de l a D(+)-glucosa y D ( - ) - f r u c t o s a s e l e ha llamado - a z ú c a r i n v e r t i d o .

M i e n t r a s que l a ( + ) - s a c a r o s a t i e n e una r o t a c i ó n e s p e c í f i c a de - - + ~ ~ . S O Y l a D(+)-glucosa de + 5 2 . 7 ' , l a D ( - ) - f r u c t o s a t i e n e una r o t a - - - c i ó n muy n e g a t i v a de -92.4O, l o que l e da un v a l o r n e g a t i v o n e t o para l a r o t a c i ó n e s p e c í f i c a de l a mezcla.

Debido a sus r o t a c i o n e s opuestas y a s u i m p o r t a n c i a como compo-- n e n t e de l a s a c a r o s a , a l a D(+)-glucosa y a l a D ( - ) - f r u c t o s p se l e s - l lama comunmente d e x t r o s a y l e v u l o s a r e s p e c t i v a m e n t e , y a l p r o c e s o de h i d r ó l i s i s s e l e denomina i n v e r s i o n .

La i n v e r s i ó n de l a s a c a r o s a puede s e r r e p r e s e n t a d a p o r l a s i - - - - g u i e n t e e c u a c i ó n : Refa ( 4 )

+ + '6 H12°6

Levul os a

____.- B------+ C H 0 + H 2 0 6 1 2 6

Dex t r os a c 1 2H2201 1

S a c a r o s a

Azúcar i n v e r t i d o

La r e a c c i ó n completa e s t á esquematizada en l a f i g . 2

Propiedades de l a s mieles i n v e r t i d a s . 1. - V e l o c i d a d de i n v e r s i ó n . La v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n de

s o l u c i ó n de s a c a r o s a va a depender de l a s s i g u i e n t e s v a r i h b l e s : Del á c i d o empleado, d e l pH y de l a temperatura.

I

I una -

2 . - P o t e n c i a l de i n v e r s i ó n de los á c i d o s . Los á c i d o s v a r i a n en s u h a b i l i d a d p a r a i n v e r t i r l a s a c a r o s a , dependiendo de s u grado de i o n i z a c i ó n .

Suponiendo un v a l o r de 1 0 0 (poder de i n v e r s i ó n ) p a r a e l H C 1 .

-

En l a t a b l a que a c o n t i n u a c i ó n se m u e s t r a , s e puede a p r e c i a r e l -

poder de i n v e r s i ó n de algunos á c i d o s en r e l a c i ó n con e l á c i d o c l o r h í - d r i c o .

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H3P04 T a r t á r i c o Citric0 L á c t i c o A c é t i c o

7 1 1 . 4 0 I00 .o0 100 .o0

5 4 . 0 0 6 . 5 0 3 .00 1 . 8 0 1.10 0.50

R e f . (5 ) I La Concentración d e l á c i d o t i e n e un e f e c t o importante s o b r e l a -

v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n , f i g . 3 .

En l a s e l e c c i ó n d e l á c i d o , l a c o m p a t i b i l i d a d d e l á c i d o con el - - producto f i n a l deben c o n s i d e r a r s e .

Comercialmente, e l H C 1 e s e l más usado por s u gran poder de i n - - v e r s i ó n y cuando es n e u t r a l i z a d o con NaOH nos da una mol de agua y - - una mol de NaC1, e s t a c a n t i d a d de sa l l l e g a a se r i n s i g n i f i c a n t e en - l a mayoría de las f o r m u l a c i o n e s .

Además l a i n v e r s i ó n con ] I C 1 se r e a l i z a r e l a t i v a m e n t e en poco - - - tiempo (1.5 h r ) , produciendo un j a rabe con 69.8% de s ó l i d o s .

3 . - Temperatura. En p r á c t i c a s c o m e r c i a l e s , l a temperatura e n - - t r e l o s 80 y 90°C y una c o n c e n t r a c i ó n de á c i d o c l o r h í d r i c o d e l 0 . 0 0 8 8 por c i e n t o , son usadas ya que e s t o da una tasa rápida de i n v e r s i ó n .

I

¡ Ver f i g . 4 . La temperatura y el pH son l o s parámetros que producen los e f e c -

t o s más pronunciados en l a i n v e r s i ó n de s a c a r o s a . En l a f i g . 5 s e -

t a se puede c o n c l u i r que l a v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n s e incrementa a l - aumentar la temperatura y b a j a r e l pH.

La s a c a r o s a también s e i n v i e r t e a b a j a s temperaturas cuando se - almacena d i l u i d a (por e jemplo: en r e f r e s c o s ) durante mucho tiempo.

4 . - S o l u b i l i d a d . La s o l u b i l i d a d d e l s i s t e m a s a c a r o s a - i n v e r t i d o por a d i c i ó n de é s t e úl t imo no e s a f e c t a d a a l aumentar e l p o r c i e n t o - d e l t o t a l de s ó l i d o s d i s u e l t o s s i n el p e l i g r o de c r i s t a l i z a c i ó n de a l - gún componente.

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1 puede a p r e c i a r l a a c c i ó n combinada de l a temperatura v e r s u s *pH;de es- !

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F i g . 4 . EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA INVERSION DE AZUCAR LIQUIDA CON ACIDO CLORHIDRICO.

Fuente : R e f . ( 3 )

5 10 15 20 25 30 35

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Fig. 8 . AUMENTO DE COLOR E N UN LICOR INlhRTIDO 93% DEBIDO AL pH.

,

Fuente: Ref.

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16 O0

1400

1200

1000

8 O0

6 O0

400

2 oc

. . .

I

4 5 6 I 8

Hay un punto en e l c u a l l a s o l u c i ó n se s a t u r a , i a t a b l a 1 y l a - f i g . 6 muestran l a s máximos s o l u b f i i d a d e s de s a c a r o s a , i n v e r t i d o y - - sus mezclas en agua a v a r i a s t e m p e r a t u r a s . Las s o l u c i o n e s son e s t a - b l e s ( s i n c r i s t a l i z a c i ó n ) a l a s t e m p e r a t u r a s i n d i c a d a s , mientras no ha ya evaporación.

5. - Densidad. La densidad de l o s azGcares l í q u i d o s i n v e r t i d o s - v a r i a con r e s p e c t o a l a t e m p e r a t u r a ; disminuyendo su densidad a l - - - - aumentar l a temperatura .

La f i g . 7 muestra d i c h a v a r i a c i ó n p a r a una s o l u c i ó n con 509 de - i n v e r t i d o y 7 6 % de s ó l i d o s t o t a l e s . Es importante c o n o c e r l a s d e n s i - dades Óptimas que deben t e n e r l o s a z ú c a r e s l l q u i d o s i n v e r t i d o s con e l o b j e t o de e v i t a r p o s i b l e s c r i s t a l i z a c i o n e s debidas a almacenamientos- prolongados, a g i t a c i ó n , o p r e s e n c i a de cr is ta les que podrían s e r s i - - miente para i n i c i a r l a c r i s t a l i z a c i ó n .

6 . - D e s a r r o l l o de c o l o r . Las s o l u c i o n e s de i n v e r t i d o s son me-- nos e s t a b l e s en cuanto a c o l o r se r e f i e r e que l o s l í q u i d o s de s a c a r o - s a , e s t o e s e v i d e n t e p o r e l d e s a r r o l l o de c o l o r .

En las f i g s . 7 y 8 se muestra e l e f e c t o d e l pH en e l d e s a r r o l l o - d e l c o l o r , en l a s c u a l e s se a p r e c i a que e l aumento d e l c o l o r s e v u e l - ve e x p o n e n c i a l a p a r t i r de un determinado v a l o r de pH ( c e r c a n o a neu - t r a l i d a d ) , o de tiempo.

Cuando se i n v i e r t e n s o l u c i o n e s de s a c a r o s a , e l c o l o r de l a s o l u - c i ó n aumenta debido a l a r e a c c i ó n de i n v e r s i ó n . S e ha mencionado - - que e l aumento de c o l o r de una s o l u c i ó n de a z ú c a r de 65.5OBx, debido- a l a i n v e r s i ó n (pH=l, y H C 1 p o r 4 8 h r ) , es d e l 1 8 % .

s e somenten a c a l e n t a m i e n t o s prolongados. E s t u d i o s a l r e s p e c t o han demostrado que e l aumento d e l c o l o r em-

p i e z a a s e r a p r e c i a d o visualmente a l a s 2 h r de c a l e n t a m i e n t o a 90 - - 93'C. Dicho aumento de c o l o r s e debe a l a descomposición de l o s azií - c a r e s en s u s t a n c i a s c o l o r e a d a s .

En l a t a b l a que e s t á a c o n t i n u a c i ó n s e muestran l o s datos de azG- c a r i n v e r t i d o , comparados con los de sacarosa. Se puede observar - - que t a n t o e l aumento de c o l o r como l a pérdida de a z ú c a r e s p o r e l ca - - l e n t a m i e n t o prolongado, es mayor en l o s azúcares i n v e r t i d o s .

E l c o l o r de l a s s o l u c i o n e s de azGcar i n v e r t i d o aumentan cuando -

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F i g . 9 . EFECTO DE LA CONCENTRACION EN LA VISCOSIDAD, PARA VARIAS PROPORCIO- I I

I

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NES DE INVERSION A 20OC.

F u e n t e : R e f . (3) I

1 0

1

2

64 67 6% 69 70 71 72 73 74 75 76 77 7% 79

% CORREGIDO

10,000

1,000

LICOR PE RD I DA AUMENTO DE COLOR

(%) (%I- Azúcar e s t a n d a r

(INVERTIDO) 1.48 210

Azúcar es t a n d a r ( SACAR OS A) 0.54 155

F u e n t e : R e f . (6) .'

7 . - V i s c o s i d a d . La v i s c o s i d a d de los a z ú c a r e s l í q u i d o s i n v e r t i - dos e s una propiedad f í s i c a de suma i m p o r t a n c i a , t a n t o en s u manejo 7

como en l a s propiedades que puede e j e r c e r en los productos a los que- van a s e r agregados. La f i g . 9 muestra l a r e l a c i ó n que guarda l a - - v i s c o s i d a d con r e s p e c t o a l a c o n c e n t r a c i ó n de s ó l i d o s p a r a d i f e r e n t e s n i v e l e s de i n v e r s i ó n . Se puede o b s e r v a r que p a r a c u a l q u i e r c o n c e n - - t r a c i ó n de s ó l i d o s dada, e n t r e mayor sea e l n i v e l de i n v e r s i ó n , l a - - v i s c o s i d a d será siempre menor.

Un aná l i s i s t í p i c o de l a s m i e l e s r i cas i n v e r t i d a s s e muestra a - c o n t i n u a c i ó n ;

85'

27%

50%

2.25%

15.5%

BRIX _ _ _ r _ c _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . - - - - - - - - - - - - - - -

SACAROSA - - - r - - - - - - - - - - - . . - - - - - - - - - L -

AZUCARES REDUCTORES ----..r-------------- CENIZAS _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L _ _ _ _ . . _ _ _ - - - - - - - - - - - -

AGUA _ _ L _ _ _ r _ - _ _ _ _ _ L _ r _ _ . . _ - - - - - - - - - - - - - - -

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Fuente : R e f . (7 )

Nota: Cabe h a c e r n o t a r que t o d a s l a s g r á f i c a s a n t e r i o r e s e s t á n - zadas en b a s e a a z ú c a r pura y a - n v e r t i d o s p u r o s ; l a p r e s e n c i a -

de s a l e s o de o t r o s compuestos en s o l u c i ó n v a r i a r á l a s c o r r e l a c i o n e s - o b t e n i d a s .

I

CONCLUSIONES TEORICAS. ~

! ~-

De acuerdo a l o a n t e r i o r m e n t e e x p u e s t o , l a i n v e r s i ó n de s a c a r o s a s e l l e v a r á a cabo u t i l i z a n d o H C 1 , debido a s u a l t o poder de i o n i z a - - -

i

! c i o n , y a s u b a j o c o s t o . !

Con e l f i n de t e n e r productos con a l t o c o n t e n i d o de s ó l i d o s y - - i una' s o l u b i l i d a d máxima, l a i n v e r s i ó n debe l l e v a r s e a n i v e l e s de apro- ximadamente 5 0 % de a z ú c a r i n v e r t i d o .

E l c a l e n t a m i e n t o de los productos i n v e r t i d o s no debe p r o l o n g a r s e

E l producto f i n a l debe t e n e r un pH c e r c a n o a l a n e u t r a l i d a d , p a -

Las m i e l e s se deben de l l e v a r a c o n c e n t r a c i o n e s de 70 a 85% con-

p o r más de dos h o r a s p a r a e v i t a r aumentos de c o l o r .

r a que cuente con un c o l o r adecuado.

e l f i n de . e v i t a r contaminaciones m i c r o b i a n a s . Las m i e l e s i n v e r t i d a s no s e deben almacenar a temperaturas supe-

r i o r e s a l o s 43"C, para e v i t a r p é r d i d a s p o r descomposición.

* : : - 21 -

PARTE EXPERIMENTAL.

MATERIAL.

SoluciGn de Acldo C l o r h f d r i c o a l 19% S o l u c i ó n de Hidróxido de S o d i o , 0 . 1 N y 1 . 0 N S o l u c i ó n de F e h l i n g S o l u c i ó n de Glucosa a l 0 . 5 % S o l u c i ó n de S a c a r o s a a l 13%

S o l u c i ó n acuosa de Azul de M e t i l e n o a l 1 %

H i e l o E s t u f a s con a g i t a c i ó n magnét ica Matraz E r l e n Meyer 1000 m l Matraces E r l e n Meyer 250 m l R e f r i g e r a n t e Baño Maria Bomba de v a c i o o trampa Pot e n c i ómet ro TermÓmet ro B u r e t a s , 50 y 2 5 m l P r o b e t a s Tubos de ensaye Vasos de p r e c i p i t a d o s Agitadores magnet i c o s Matraces a f o r a d o s S o p o r t e s , p i n z a s , g r a d i l l a s

!

METODO PARA -~_._I..._..-.. DETERMINAR l.A LI\!"I 1I:A .... Ill; ! , A KF.ACCION. - - . - ..

La v e l o c i d a d de l a r e a c c i ó n s e c a l c u l a midiendo e l v a l o r de - - - c u a l q u i e r propiedad adecuada que pueda r e l a c i o n a r s e con l a composi-- c i ó n d e l s i s t e m a como una f u n c i ó n d e l tiempo.

La propiedad e s c o g i d a en e s t e c a s o es l a c o n c e n t r a c i ó n de azGc5 r e s r e d u c t o r e s ( v e l o c i d a d de i n v e r s i ó n de s a c a r o s a ) en f u n c i ó n d e l - t iempo, u t i l i z a n d o e l método de F e h l i n g Causse Bonnans.

La i n v e r s i ó n s e l l e v ó a cabo a temperaturas de 5 5 , 6 5 , 7 5 y - - - 85OC.

PREPARACION DE SOLUCIONES.

- S o l u c i ó n de Glucosa a l 0 . 5 % Se pesan exactamente 0 . 5 gramos de g l u c o s a (grado r e a c t i v o ) , - -

' Se d i s u e l - previamente s e c a d a en una e s t u f a a 7 O o C , durante 30 min.

ve en agua d e s t i l a d a y s e a f o r a a 100 ml. - R e a c t i v o de F e h l i n g

T a r t r a t o de Na y K ............................. 130 gramos

24 gramos N a O H puro ...................................... 110 gramos CuS04 . 5 H O ....................................

2 F e r r o c i a n u r o de p o t a s i o ........................ 16.8 gramos Agua d e s t i l a d a , c a n t i d a d n e c e s a r i a p a r a 1000 m l de s o l u c i ó n . Las s u s t a n c i a s deben mezclarse e n e l orden i n d i c a d o , previamen-

t e d i s u e l t a s p o r s e p a r a d o , por G l t i m o se a f o r a a 1000 m l , agi tando - p a r a homogenizar l a s o l u c i ó n .

- S o l u c i ó n de S a c a r o s a a.1 13% Se pesan 130 gramos ( c a n t i d a d aproximada de l a s a c a r o s a en e l -

jugo de caña) , previamente secada en l a e s t u f a a 70DC durante 30 min. Se d i l u y e y a f o r a con agua d e s t i l a d a a 1000 m l . Se c o l o c a en-

e l baño de agua h a s t a l l e g a r a l a temperatura deseada ( 5 5 , 6 5 , 7 5 y 8 S D ) s e agregan 6 . 6 ml de una s o l u c i ó n de H C 1 a l 19% ( c o n c e n t r a c i ó n ó p t i - ma p a r a l a i n v e r s i ó n ) , manteniendo c o n s t a n t e l a temperatura . Ver - f i g . 10 .

que se agregó e l á c i d o ( b l a n c o ) .

h o r a s .

Se toma una muestra de 60 a 80 ml aproximadamente a l tiempo en-

Después se toman muestras (aprox. 20 m i ) cada 10 min durante 2 -

Fig. 10. DISENO DEL EXPERIMENTO.

1 .- 2. - 3 . - 4 . -

5.-

6 . -

7. -

8 . -

6

4

2

1

S opor t e Univers al

Estufa con agitación

Recipiente de plástico

Resistencia

Agitador magnético

Tomador de muestras

Refrigerante

Termómetro

Las muestras a l ser tomadas se t i k n e n que e n f r i a r (en h t e l o ) y - n e u t r a l i z a r inmediatamente para d e t e n e r l a i n v e r s i ó n . Se n e u t r a l i - za primero con NaOH 1 , 0 N y luego NaOH 0 .1 N , usando un potencióme-- t r o .

P r e c a u c i o n e s N e c e s a r i a s para una C o r r e c t a T i t u l a c i ó n .

a) Temperatura.- Debe r e a l i z a r s e a e b u l l i c i ó n suave y s i n que - s e interrumpa h a s t a f i n a l i z a r l a t i t u l a c i ó n .

b) La t i t u l a c i ó n debe c o m p l e t a r s e aproximadamente en 2 a 3 min. c) E l pH d e l r e a c t i v o de F e h l i n g debe ser a l c a l i n o , durante t o -

do e l p r o c e s o . d) La c o n c e n t r a c i ó n de a z ú c a r e s r e d u c t o r e s , no debe s e r s u p e - - -

rior a l lo%, en c a s o c o n t r a r i o s e r á n e c e s a r i o d i l u i r convenientemen- t e a l l í q u i d o problema.

e v i t a r l a p o s i b l e e n t r a d a de a i r e que p o d r í a r e o x i d a r a l Cu,O s e forma.

1

e) La t i t u l a c i ó n debe real izarse en un matraz E r l e n Meyer p a r a

que

T i t u l a c i ó n d e l R e a c t i v o de FehlinK Causse Bonnans.

La t i t u l a c i ó n primero se r e a l i z a con l a s o l u c i ó n de g l u c o s a a l 0.5%, p a r a determinar e l f a c t o r de F e h l i n g , y despues con las mues-- t ras tomadas de l a r e a c c i ó n de i n v e r s i ó n de s a c a r o s a .

C o l o c a r en un E r l e n Meyer de 250 m l , 15 m l d e l r e a c t i v o de Feh- l i n g exactamente medidos. Agregar unos 50 m l de agua d e c t i 1 a d a ; s e a g i t a cuidadosamente.

C a l e n t a r e l matraz en l a e s t u f a . Cuando e l r e a c t i v o de F e h - - - - l i n g comience a h e r v i r , a g r e g a r desde una b u r e t a l a s o l u c i ó n de g l u - - c o s a o de s a c a r o s a i n v e r t i d a , a razón de unas 2 o 3 g o t a s por segun- do; cuidando que l a e b u l l i c i d n no se interrumpa durante l a t i t u l a - - - c i ó n .

Cuando se a c e r c a e l punto f i n a l , e l l í q u i d o va tomando una c o l o r a c i ó n v e r d o s a , se interrumpe brevemente e l agregado de a z ú c a r , y se

agregan a l matraz 2 g o t a s d e l a z u l de m e t i l e n o a l 12. Una v e z que s e ha d i s t r i b u i d o uniformemente e l i n d i c a d o r , se cont inua l a a d i c i ó n de a z ú c a r , ahora más lentamente (1 a 2 g o t a s p o r segundo), h a s t a l a d e s a p a r i c i ó n completa d e l c o l o r a z u l .

E l l i q u i d o debe de q u e d a r l a p i d o y de c o l o r a m a r i l l o c l a r o .

CALCUL OS .

F a c t o r d e l R e a c t i v o de F e h l i n g = m l gastados x 0 . 0 0 5 Sabemos que s i e l r e a c t i v o de F e h l i n g e s t á c o r r e c t o , 1 5 m l de l

mismo s e r á n reducidos p o r 0.041 gramos de a z ú c a r . Como l a c a n t i d a d de F e h l i n g es c o n s t a n t e en t o d a s las d e t e r m i -

n a c i o n e s ( siempre s e usan 15 m l ) , l o s m i l i l i t r o s que se empleen - de l a muestra p a r a r e d u c i r a l F e h l i n g , corresponderán a 0.041 g r a - - mos de azúcar r e d u c t o r .

E l r e s u l t a d o debe e x p r e s a r s e en gramos de azúcar p o r l i t r o de m u e s t r a , en c o n s e c u e n c i a l a r e l a c i ó n p a r a o b t e n e r l a fórmula f i n a l

I es l a s i g u i e n t e : I

1 (A) m l 0.041 gramos de a z ú c a r

(A) = m l gastados de s o l u c i ó n problema.

Y en e l c a s o que s e p r a c t i q u e una d i l u c i ó n , l a fórmula e s :

Gramos de a z ú c a r p o r l i t r o = 41/(A) x D

D = D i l u c i 6 n .

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- 30 -

ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS.

s i graficamos tiempo v e r s u s Concentración de a z ú c a r e s r e d u c t o - r e s ( v e r f i g . l l ) , s e puede a p r e c i a r que l a c o n c e n t r a c i ó n de azúca- r e s r e d u c t o r e s aumenta desde v a l o r i n i c i a l h a s t a l l e g a r a un - - - e q u i 1 i b r i o .

La v e l o c i d a d de e s t a r e a c c i ó n s e puede e x p r e s a r en términos de l a r a p i d e z de v a r i a c i ó n con e l t iempo, de l a c o n c e n t r a c i ó n de c u a l - q u i e r a de las s u s t a n c i a s e n v u e l t a s . Puede s e r l a disminución de - s a c a r o s a con e l tiempo ( -dS/dt) o como e l aumento de l a c o n c e n t r a - - c i ó n de a z ú c a r e s r e d u c t o r e s (dR/dt) .

E s t a s e x p r e s i o n e s van a e s t a r r e l a c i o n a d a s e n t r e s i mediante - l a e s t e q u i o m e t r l a de l a r e a c c i ó n .

Debido a e s t a r e l a c i ó n , no i n t e r e s a l a d e r i v a d a que e s c o j a m o s - p a r a e x p r e s a r l a v e l o c i d a d ; c u a l q u i e r a de e l l a s e s s a t i s f a c t o r i a .

C6H1206 + 'gH1 2'6 Dextrosa Levulosa

- - - - - - . - - - - - - - _ L - - - + H20 ZH22O1 1 H+ S a c a r o s a

S i g u i e n d o l a e s t e q u i m e t r í a de l a r e a c c i ó n y suponiendo que l a - r e a c c i ó n e s de primer orden con r e s p e c t o a l a s a c a r o s a y que l o s - - productos no e s t a n e n v u e l t o s en l a l e y de l a v e l o c i d a d .

Entonces s i S e s l a c o n c e n t r a c i ó n de s a c a r o s a l a e c u a c i ó n de - l a v e l o c i d a d e s :

-dS/dt = KS S i reordenamos los términos tenemos:

-dS/S = Kdt I n t e g r a n d o , obtenemos : 1nC = - K t + C Donde C e s l a c o n s t a n t e de i n t e g r a c i ó n . S i S = So cuando t = O , entonces lnSo = C y l a e c u a c i ó n e s ,

después de combinar l o s términos l o g a r l t m i c o s :

l n S o / S = K t

En donde So = c o n c e n t r a c i ó n de s a c a r o s a i n i c i a l . S x S 0 - R En donde R = c o n c e n t r a c i ó n de azúcares r e d u c t o r e s . Que dando : l n S o / S o - R = K t

f.gi.1 12b, se puede obser-

minuye' ext,onenciaimen.te con

c&bn be primer orden),- de belbcidad (IC] de l a -

Graficando, l a 9 8 ! ~

var que l a concentración d

e l tiempo, dandonos en donde las pendien reaccibn para l a s d i

Siendo las cons siguiientes :

- TEMPERATURA (O C) 1 CONSTANTE! DE VELOCIDAD (K)

55 O .O03

65 o . 909 75 O .O30

' 85 O .O71

Conociendo las constabtes de velocidad, sk puede tener una in- terpretación de l a Ecuaciób db ArIjhenius.

K = A o e (-E a /RT)

S i reordenamos l a ecuicibd 1nK = ldAo - Ea/RT Graficando 1nK versus; l/r': ( 1 3 ) , be obtiene uha recta-

erseccpán de l a recta es - - en donde l a pendiente es -; E a y i lnA0. . . i

Siendo: ...

Ea/R = -12,626 lnAo = 32.49

En donde:Ao = 1 . 4 3 X D O 1 b i Conociendo l o s paráloebrop . c

mente fué determinar e l tibmpb'q evaporador, e l cual consta! de tr con e l objeto de que en la iprh ie grande se l l e v e a cabo parte Llt ción que es má's chica que La akt l a h id ró l i s i s y parte de l k e&p var l a A i e l invert ida a lob

(ver f i g . 14) y para deterbinat una miel que contenga COI @e h v

Kdt en l a secci6n de l csvbpok8d

, l o qbe se h izo poster ior- en cipentarse e l ,reactor -

ones, !(ver Apendicie II), - - ón que; es l a más ciaiiente y l ists , , ! en. l a segunida sec--.- e realkce; en su tatal idad -

l a mbs Pequeña para l i e - -

Conociendo l o s tiempob dp - c estbs se graifican - - - hveisión para obtener bgrb , .. grafic-ente - - - bra l a inve-ian (sec

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s a b e que:

Como se r e q u i e r e una m i e l que contenga 5 0 % de i n v e r t i d o s , se -

inSo/(So - R) = Kdt Sabiendo que la c o n c e n t r a c i ó n i n i c i a l de sacarosa es 130gramos

ln130/(130 - 6 5 ) = Kdt

Conociendo K y e l p o r c i e n t o de i n v e r t i d o s que s e d e s e a n , s e - puede determinar e l tiempo de r e s i d e n c i a d e l j u g o de caña en e l - - - r e a c t o r evaporador.

p o r l i t r o , p o r l o t a n t o :

Kdt = 0 . 6 9 (para 5 0 % de i n v e r t i d o s )

NOTA: Los datos de c a l e n t a m i e n t o e i n t e g r a c i ó n , a s i como los de l a s f i g s . 11, 12, 1 3 y 1 4 se encuentran tabulados en e l Apendice- 111.

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- De acuerdo con 1 ste trabajo,---

deteaminar las - r 8 c i e l o - - -

gra'l, lbcal izada en e l I n s oxoqotl'a, Edo. de Morelos. par$ llievar a cdbo l a i n - - in\r&til&os empldando una - , e$ cual se l ogró con una 0874S, son las siguientes:

K = 0.071 min- l

75 a 8SaC

caqa en e l evaplorador es: 75 a 85 min.

cción de in - - s 4 eshe react6r-evapora- l idad para otras t rap i - - - te4 concentraciones de i n -

RESUMEN. -

La c r i s i s d e l a i n d u s t r i a a z u c a r e r a y d e l p a í s , demanda e l - - t o t a l aprovechamiento de l o s r e c u r s o s n a t u r a l e s e x i s t e n t e s y una - mayor p r o d u c t i v i d a d en todos l o s s e c t o r e s como l o es en l a f a b r i c a c i ó n de e d u l c o r a n t e s .

E l t r a p i c h e i n t e g r a l que s e menciona en e s t e t r a b a j o v i e n e a- s a t i s f a c e r una s e r i e de necesidades en l a i n d u s t r i a a z u c a r e r a p o r - medio de un p r o c e s o f á c i l de o p e r a r por c u a l q u i e r pequeño produc-- t o r de caña y a un p r e c i o a c c e s i b l e , t a n t o en e l c o s t o f i j o como - en e l de m a t e r i a s pr imas.

La p i e d r a a n g u l a r de un t r a p i c h e e s e l r e a c t o r - e v a p o r a d o r , ya que e s donde s e l l e v a a cabo l a i n v e r s i ó n y evaporación d e l j u g o - de caña, para l a producción de m i e l e s r icas i n v e r t i d a s .

Por i o a n t e r i o r m e n t e e x p u e s t o , es de suma i m p o r t a n c i a ' e l d e - - t e r m i n a r las c o n d i c i o n e s Óptimas de operación d e l r e a c t o r - e v a p o r a - d o r , p a r a l o g r a r e s t e o b j e t i v o , primero nos basamos en t r a b a j o s - - - r e a l i z a d o s en l a i n v e r s i ó n de s a c a r o s a con e l f i n de s e l e c c i o n a r - I e l á c i d o y l a c o n c e n t r a c i ó n Óptima d e l mismo, a s í como o t r a s v a r i a - I

b l e s importantes p a r a l l e v a r a cabo e l p r o c e s o de i n v e r s i ó n , como- son l o s tiempos de c a l e n t a m i e n t o , pH, c o n c e n t r a c i ó n de azi icares y- I e l rango de t e m p e r a t u r a s . I

Con e s t a i n f o r m a c i ó n , dimos paso a l a p a r t e e x p e r i m e n t a l d e l - p r e s e n t e t r a b a j o que f u é e l de determinar l a c i n é t i c a de l a r e a c - - c i o n de i n v e r s i ó n de s a c a r o s a , p a r a l o c u a l s e l e c c i o n a m o s un rango de temperaturas que va de 5 5 a 85'C con e l f i n de d e t e r m i n a r l a . v e - l o c i d a d de i n v e r s i ó n en un periodo de dos horas .

La v e l o c i d a d de é s t a r e a c c i ó n , s e puede e x p r e s a r en términos- de l a r a p i d e z de v a r i a c i ó n de l a c o n c e n t r a c i ó n de c u a l q u i e r a de + -

l as s u s t a n c i a s i n v o l u c r a d a s con r e s p e c t o a l t iempo, observando que l a s a c a r o s a disminuye exponencialmente c o n e l tiempo dandonos una- r e a c c i ó n de p r i m e r orden, con l o que s e o b t i e n e n las c o n s t a n t e s de v e l o c i d a d de l a r e a c c i ó n para l a s d i f e r e n t e s temperaturas .

Conociendo l a s c o n s t a n t e s de v e l o c i d a d , se puede t e n e r una ig t e r p r e t a c i ó n de l a e c u a c i ó n de Arrhenius p a r a o b t e n e r los p a r h e - - t r o s c i n é t i c o s de 1 a ; r e a c c i ó n ; p o s t e r i o r m e n t e s e determinó e l t iem - P O de c a l e n t a m i e n t o en l a s d i f e r e n t e s s e c c i o n e s que componen e l - - r e a c t o r - e v a p o r a d o r .

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Graf icando e s t o s tiempos de c a l e n t a m i e n t o y para p r o d u c i r una m i e l que contenga un 5 0 % de i n v e r t i d o s , s e i n t e g r a r o n l o s d a t o s ob - t e n i d o s para determinar e l tieinpo de r e s i d e n c i a d e l jugo en e l - - r e a c t o r - e v a p o r a d o r .

Los r e s u l t a d o s de e s t e t r a b a j o , no s o l o nos permiten a l c a n z a r n u e s t r o s o b j e t i v o s , s i n o que pueden s e r a p l i c a b l e s p a r a o t r o s t r a - p i c h e s que deseen o b t e n e r m i e l e s con d i f e r e n t e s c o n c e n t r a c i o n e s de

i n v e r t i d o s .

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- BIBLIOGRAFIA.

40 -

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Simon, S.A. B a r c e l o n a .

A P E N D I C E I

-I - - 4 2 -

METODOS PARA LA ELABORACION __-- DE AZUCARES LIQUIDOS Y MIELES RICAS - - -

INVERTIDAS.

E x i s t e n d i f e r e n t e s métodos para l a manufactura d e l azúcar i n - - v e r t i d o ; en g e n e r a l e l proce!;o s e s e l e c c i o n a según e i grado de i n - - v e r s i ó n n e c e s a r i o , las * c a n t i d a d e s r e q u e r i d a s de s u s t a n c i a y l as - - propiedades que se l e q u i e r a d a r a l producto en e l que s e u t i l i c e n .

A c o n t i n u a c i ó n se d e s c r i b e n algunos métodos en l o s c u a l e s s e - h i d r o l i z a e l a z ú c a r r e f i n a d o o c r i s t a l i z a d o , empleando un á c i d o or- g á n i c o d é b i l , obteniendo l o s mismos r e s u l t a d o s s i s e u s a r á a z ú c a r e s l í q u i d o s a l a s mismas c o n c e n t r a c i o n e s .

1.- Método r á p i d o empleando á c i d o t a r t á r i c o para l o t e s peque--

S e mezcla una p a r t e de a z ú c a r , 0 .001 p a r t e s de ác ido t a r t á r i c o y 0.42 p a r t e s de agua; l a s o l u c i ó n se mantiene a g i t a d a y se c a l i e n - t a h a s t a 100°C p o r e s p a c i o de 30 min, después de l o cual se agregan 0 .001 p a r t e s de b i c a r b o n a t o de s o d i o d i s u e l t o en una pequeña c a n t i - dad de agua y se d e j a e n f r i a r .

Con é s t e método se o b t i e n e un j a r a b e con 74.15% de s ó l i d o s corn p l e t a m e n t e i n v e r t i d o , que r e p r e s e n t a e l 9 0 % de l o s s ó l i d o s t o t a l e s - i n v e r t i d o s .

2.- Método l e n t o empleando á c i d o t a r t á r i c o para l o t e s grandes . Las p r o p o r c i o n e s de l o s r e a c t i v o s son las mismas que para e l -

c a s o a n t e r i o r , s o l o que en é s t e método s e e l e v a l a temperatura a - - i O O ° C y se mantiene s i n a p l i c a r mas c a l o r , en un r e c i p i e n t e a i s l a d o termicamente h a s t a que l a temperatura desciende a l o s 37'C. l o c u a l s e consigue e n unas 16 hr. E l n i v e l de i n v e r s i ó n y e l Contenido - de s ó l i d o s que s e o b t i e n e n en e l j a r a b e son s i m i l a r e s a l o s d e l ca- so a n t e r i o r .

3.- Método para p r o d u c i r un j a r a b e a l 50% de i n v e r t i d o con ác i -

En v i s t a de que l a s o l u b i l i d a d máxima de l o s a z ú c a r e s s e en- - - cuentra cuando e x i s t e n p a r t e s i g u a l e s de s a c a r o s a y a z ú c a r i n v e r t i - d o , e s muy d e s e a b l e en muchos c a s o s l o g r a r e s t a c o n d i c i ó n , p a r a l o - c u a l s e s i g u e e l s i g u i e n t e método:

Se d i s u e l v e una par te de a z ú c a r en una t e r c e r a p a r t e de a g u a , - se c a l i e n t a h a s t a 100 °C con a g i t a c i ó n c o n s t a n t e y se agregan 0.001-

p a r t e s de á c i d o t a r t á r i c o , d i s u e l t o previamente en un poco de agua. S e interrumpe e l c a l e n t a m i e n t o y se permi.te que l a temperatura d e s -

nos.

do t a r t á r i c o .

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cienda h a s t a l o s 37'C; e n t o n c e s s e agregan lentamente 0.0(11 p a r t e s - de b i c a r b o n a t o de s o d i o d i s u e l t o en agua , f i n a l m e n t e s e a d i c i o n a n - una p a r t e más de a z ú c a r granulado y 0.375 p a r t e s de agua y s e a g i t a completamente p a r a homogenizar.

LO a n t e r i o r p r o d u c i r á un j a r a b e de 7 5 . 4 % de s ó l i d o s y 5 0 % de - i n v e r t i d o .

4 . - Método de l o t e s grandes empleando á c i d o c l o r h í d r i c o . S e p r e p a r a una s o l u c i ó n azucarada de 66.5'Bx. Por cada parte

en volumén de esa s o l u c i ó n s e agregan 0 . 0 0 0 6 p a r t e s de á c i d o c l o r h í - d r i c o a l 3 7 % , s e e l e v a l a temperatura h a s t a 70 °C y a s í s e mantiene- por 90 min, e n t o n c e s s e e n f r i a a g i t a n d o constantemente y lentamente a l mismo tiempo que s e agreg,in 0 . 0 0 0 6 p a r t e s de b i c a r b o n a t o de so-- d i o , previamente d i l u i d o .

de 69.88 de s ó l i d o s .

Este método produce un j a r a b e i n v e r t i d o .

5 . - Método empleando r e s i n a s de i n t e r c a m b i o de iones.. En é s t e método, e l a z ú c a r l í q u i d o c l a r i f i c a d o y d e s c o l o r a d o - -

con c a r b ó n , pasa a t r a v é s de una r e s i n a de i n t e r c a m b i o de c a t i o n e s - d e l t i p o s u l f ú n i c o , e l e f l u e n t e á c i d o se mantiene a una temperatura aproximada de 50 °C h a s t a que se ha producido l a h i d r ó l i s i s en l a - - p r o p o r c i ó n r e q u e r i d a .

E l l i q u i d o e n t o n c e s p a s a a t r a v é s de una r e s i n a de i n t e r c a m - - b i o a n i ó n i c a , d é b i l m e n t e b á s i c a . E l producto r e s u l t a n t e r e s u l t a n - t e e s una s o l u c i ó n d i á f a n a d e s a c a r o s a y de a z ú c a r i n v e r t i d o , e s t a - b l e de c o l o r , l i b r e de cenizas y l i b r e de productos de descomposi-- c i ó n que i m p u r i f i c a n e l a z ú c a r i n v e r t i d o preparado p o r i n v e r s i ó n - - á c i d a de l a s a c a r o s a a a l t a s temperaturas .

Todo l o a n t e r i o r m e n t e d e s c r i t o s e r e f i e r e a l a producción de - azúcares l í q u i d o s y de a z ú c a r e s i n v e r t i d o , e n cuyos p r o c e s o s de e l g b o r a c i ó n se n e c e s i t a como materia prima algún t i p o de azúcar c r i s t a - l i z a d o .

E x i s t e n o t r o s p r o c e s o s p a r a l a producción de m i e l e s i n v e r t i d a s en los c u a l e s no s e p a s a p o r l a e t a p a de c r i s t a l i z a c i ó n ; e s t o s , s e - o b t i e n e n d i r e c t a m e n t e d e l j u g o de caña.

Debido a su c a l i d a d i n f e r i o r , a e s t o s productos no s e l e s deno - mina a z ú c a r e s l í q u i d o s , s i n o más b i e n " m i e l e s r icas i n v e r t i d a s " . E s t e producto e s un j a r a b e denso, con un B r i x aproximado de 85 y - - p a r c i a l m e n t e i n v e r t i d o .

E l procedimiento de e l a b o r a c i ó n e s muy similar a l d e l azúcar - c r u d o , l a mol ienda, c l a r i f i c a c i ó n y evaporación s e r e a l i z a n de l a - -

I

I

misma manera, s a l v o que s e u t i l i z a una c a n t i d a d menor de c a l en l a -

d e f e c a c i ó n ( a l r e d e d o r de 110 gramos por t o n e l a d a de c a ñ a ) , p a r a l o - g r a r un pH de 6 a 6 . 3 . La i n v e r s i ó n se l l e v a a cabo p o r dos méto- dos uno de e l l o s c o n s i s t e en a g r e g a r a l j a r a b e , de aproximadamente- 55'Bx d e l 1 a l 2% de á c i d o s u l f ú r i c o c o n c e n t r a d o a una temperatura- de 9 0 a 9f°C, hasta que s u p o l a r i z a c i ó n sea c e r o ; e n t o n c e s s e añade una lechada de c a l p a r a v o l v e r e l pH h a s t a un v a l o r de 6 y s e evapo - r a en t a c h o s h a s t a 83OBx con l o que l a o p e r a c i ó n queda terminada.

5.- Método u t i l i z a n d o l a enzima i n v e r t a s a . E s t e método es en e l que s e u t i l i z a l a enzima llamada " i n v e r t a -

sa" , l a c u a l t i e n e l a capacidad de i n v e r t i r l a s a c a r o s a . La enzima se a g r e g a a l j a r a b e de 55OBx a una temperatura de - -

6OoC, con l o que después de Ci a 10 hr. se l o g r a l a i n v e r s i ó n d e s e a - da.

La p a r t e i n v e r t i d a se puede m e z c l a r con j a r a b e i n v e r t i d o con - e l o b j e t o de c o n t r o l a r l a p r o p o r c i ó n de a z i c a r e s y f i n a l m e n t e evapo rar e s t e j a r a b e h a s t a 85'Bx en l o s t a c h o s . La v e n t a j a de u s a r l a - i n v e r t a s a , r a d i c a en que s e o b t i e n e un producto con v a l o r de c e n i - -

zas b a j o y s e e v i t a e l p e l i g r o de l a d e s t r u c c i ó n de l o s azúcares re - d u c t o r e s , debido a l a s c o n d i c i o n e s d r á s t i c a s d e l á c i d o s u l f ú r i c o .

E s t a s mieles deben s e r e n f r i a d a s a n t e s de s u almacenamiento - - con e l o b j e t o de que n o ex is ta una d e s t r u c c i ó n de a z ú c a r e s y p o r en - de un aumento de c o l o r .

De l o s métodos a n t e r i o r m e n t e mencionados e l que p r e s e n t a mayo- res v e n t a j a s e s e l de l a h i d r ó l i s i s d e l j u g o de caña c o n . á c i d o c l o r - h í d r i c o , ya que si s e u t i l i z a e l j u g o c l a r i f i c a d o , s e a h o r r a e l p a -

so de c r i s t a l i z a c i ó n , e l c u a l e s muy c o s t o s o . . Además d e l a l t o poder de i o n i z a c i ó n d e l á c i d o c l o r h í d r i c o y s u

b a j o c o s t o , l o h a c e ser e l más adecuado. E l método de l a i n v e r t a s a r e s u l t a ser uno de l o s m e j o r e s en - -

c u a n t o a l a c a l i d a d d e l producto f i n a l , p e r o l o s c o s t o s de p r o c e s o -

son más a l t o s . En cuanto a l o s o t r o s métodos, e s t o s r e s u l t a n s e r más c o s t o s o s

t a n t o en equipo como en m a t e r i a s p r i m a s , y en l a mayoría de l o s ca- sos son más l e n t o s .

, _ _ - ~ - 4 5 -

A P E N D I C E I1

, . .

- 46 - .1

REACTORWJAPORADOR A CIELO ABIERTO.

- 4 7 -

A P E N D I C E I11

- APENDI CE. 111

- T a b l a de Datos de l a Fig. 17 .- Gráfica de I n v e r s i ó n de S a c a r o s a .

1 !

1 I

$

TIEMPO CONCENTRACION DE AZUCARES REDUCTORES (g/lt)

(min) 55°C 65°C 7 5 ° C 85°C

O 10 20

¶ 30 40 50 6 0

70 80 90

1 O0 110

120

0 .99 4 .90 8.10

1 1 . 7 7 14 .16 17 .32 20 .44 22 .65 25 .49 2 8 . 0 4 30 .61 3 5 . 6 6 36 .94

4 .37 1 2 . 0 2 1 7 . 4 9 31 .59 3 8 . 0 8 4 7 . 6 5 54 .10 6 0 . 7 2 69 .07 74 .80 78 .90 8 5 . 3 3 87 .70

5 . 3 5 3 9 . 8 3 5 0 . 6 8 69 .64 81.31 91 .77

102 .78 1 1 0 . 1 1 117 .18 121 .86 123 .26 124 .98 127 .70

11 .57 6 1 . 7 8 9 2 . 2 3

116 .97 126 .17

I

- 49 - TABLA DE DATOS CORRESPONDLENTES A LA FIG. 12

Gráfica p a r a determinar l a constante de Velocidad de l a Reacción a

Diferentes Temperaturas. J , , TIEMPO I

(min . ) 55OC ' 65OC 75°C 8 6 O C

O

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

O .O08

O .O38

O. 064

0.095

0.120

0.140

0.170

0.190

o. 220

O. 240

O. 270

O. 320

0.330

0.034

0.097

0.150

O. 280

O. 350

0.460

O. 540

0.630

O. 760

O. 860

0.930

1 .O70

1.120

0.043

0.318

0.510

O. 790

1 .o10

1.266

1.630

1.980

2.490

3.080

3.350

3.610

- _ _ - -

0.091

O .'620

1.170

2.090 ,

2.900

- _ - - -

- _ - - -

.

TABLA DE DATOS CORRESPONDIENTES A LA FIG. 13 ..

Gráfica de l a Ecuación de Arrheniuc.

1/T (OK-') i n K (rnin-')

3.05 x 10-3 - 5.809

2.96 x 10-3 - 4.980

2.87 x 10-3 - 3.510

2.79 x 10-3 - 2.650

.

b L

TABLA DE DATOS CORRESPONDIENTES A LA FIG. 14 - Tiempos de Calentamiento d e l Reactor-Evaporador que forma p a r t e del Trapiche I n t e g r a l Situado en Xoxocot la , Morelos.

TIEMPO T E M P E R A T U R A OC

lmin. 1 Sección 1 Secc ión 2 Sección 3 Sección 4

O 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105

30 34 38 40 43 47 50 51 57 61 64 68 73 77 80 86 88 91 92 93 93

30 33 37 40 42 45 47 48 54 59 61 66 70 73 75 81 83 85 87 88 88

30 28 33 29 35 32 36 33 39 35 41 37 42 39 45 . 41 49 46 52 47 54 49 59 52 62 55 66 60 70 63 75 68 79 71 81 74 85 . 76 86 79 86 79

--I w1 ''W, i .~ - - . .

TABLA DE DATOS CORRESPONDIENTES A LA FIG. 14 .

Tiempos de Calentamiento de la Sección # 1 del Rcactor-Evaporador.

( A n á l i s i s G r á f i c o ) .

t t K Kt Kt

0-25 25 25-30 5 30-35 5 35-40 5 40-42.5 2.5

42.5-45 2.5 45-47.5 2.5

47.5-50 2.5 50-52.5 2.5

52.5-55 2.5 55-57.5 2.5

57.5-60 2.5 60-62.5 2.5

62.5-65 2.5 I 65-67.5 2.5 67.5-70 2.5

70-72.5 2.5 72.5- 75 2.5

75-77.5 2.5

0.0125 o. 001 O .O05 0.0175 0.001 0.005 O .O225 0.0015 0.0075 0.0300 .

o. 0020 O. 0050 0.0350 O. 0035 O .O0875 O .O4375 O. 0040 0 . 0 1 0 0 O .O5365 O. 0050 0.0125 O .O6625 . O. 0060 0.0150 0.08125 O. 0075 O .Oí 875 o. 10000 0.0095 0.02375 O. 12375 0.0125 0.03125 0.15500 0.0155 0.03875 0.19375 0.0185 O .O4625 O. 24000 O .O225 0.05625 O .29625 0.0285 O .O71 25 O. 36750 0.0385 O. 09625 O .4637S 0.0470 O .1 I750 0.58125 0.0580 O .14500 0.72630 .

. O .O005 0.0125

.

~

r7 - -I, - - TABLA DE DATOS CORRESPONDIENTES A LA FIG. 1 4

Tiempos de Calent'amiento, de l a Sección P 2 de l Reactor-Evaporador.

(An51 i s i s Gráf ico) ! . .

I t . ' .. t K K t K t

. . . . . . . . . . . .

.o - 35.0 35 o .o005 0.01750 0.0175 35 - 40.0 5 0.0010 O .O0500 0.0225 40 - 45.0 5 0.0015 O .O0750 0.0300 45 - 47.5 2.5 O .O025 0.00625 -O .O3625

47.5 - 50.0 2.5 0.0035 0.00875 O .O4500 50 - 52.5 2.5 O. 0045 0.011 25 O. 05625

52.5 - 55.0 2.5 O .O060 o .o1 500 0.07125 55 - 57.5 2.5 0.0075 0.01875 'O .o9000

57.5 - 60.0i 2.5 o .o090 0.02250 O. 11250 60 - 62.5 2.5 0.0115 0.02875 0.14125

62.5 - 65.0 2.5 0.Q135 0.03375 O. 17500 65 - 67.5 2.5 0.0165 0.04125 0.21625

67.5 - 70.0 2.5 0.0190 0.04750 0.26375 70 - 72.5 2.5 0.0220 O .O5500 0.31875

:75 - 77.5 2.5 0.0325 - O. 081 25. 0.46625 77.5 - 80.0 2.5 0.0405 O .lo125 O. 56750

80 - 82.5 2.5 O .O475 O. 11875 0.68625

I

1

72.5 - 75.0 2.5 O .O265 0.06625 0.38500 I

1 I

82.5 - 85.0 2.5 0.0550 O. 13750 * 0.823.75

I

.

TABLA DE DATOS CORRESPONDIENTES A LA FIG. 1 4

Tiempos de Calentamiento de l a Seccidn # 3 del Reactor-Evaporador.

( A n á l i s i s Gráfico)

. . . . . . . . . . . ,

'. t,: t .K Kt Kt . . . . .

O - 45.0 45 - 50.0 50 - 55.0 55 - 57.5

57.5 - 60.0 60 - 62.5

62.5 - 65.0 65 - 67.5

67.5 - 70.0 70 - 72.5

72.5 - 75.0 ,75 - 77.5

77.5 - 80.0 80 - 82.5

82.5 - 85.0 85 - 87.5

87.5 - 90.0

45 5 5

2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 .

2.5 2.5 2.5 2.5 2.5. 2.5 2.5 2.5

O . 0005 0.0010.. 0.0015 -

O .O025 0.0035 o .o050 O .O060 0.0075 0.0100 0.0120 0.0150 0.0190. 0.0260 O. 0330 0.0410 0.0480 0.0560

0.0225 0.0050 0.00756 O .O0625 O .O0875 O. O 1 250 0.01500 0.07875 0.02500 O. 03000 O. 03750 O .O4750 0.06500 O. 08250 O. 10250 0.12000 0.14000

0.0225 0.0275 D .O350 O .O4125 O .O5000 O. 06250 'O .O7750 O. 09625 0.12125 0.15125 0.18875 O. 23625 0.30125 O. 38375 0.48625 0.60625 O. 74625

.

TABLA DE DATOS CORRESPONDIENTES A LA FIG. 14 -

Tiempos de calentamiento de la Sección I 4 del Reactor-Evaporador.

(Análisis Gráfico) 1

t t K Kt Kt 1

O - 55.0 55.0 - 60.0 60.0 - 65.0 65.0 - 67.5 67.5 - 70.0 70.0 - 72.5 72.5 - 75.0 75.0 - 77.5 77.5 - 80.0 80.0 - 82.5 82.5 - 85.0 85.0 - 87.5 87.5 - 90.0 90.0 - 92.5 92.5 - 95.0 95.0 - 97.5 97.5 : 100.0 .

55 5 5

2.5 2.5 2 .5' 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5

O .O005 0.0010 0.0020 0.0030 . O .O060 0.0045 O .O075 0.0095 0.0115 0.0135 0.0170 o .020'0 O .O250 O .O340 O .O435 0.0520 0.0605

O .O2750 0.00500 0.01000 0.00750 O .O1 500 0.01125 0.01875 0.02375 0.02875 O .O3375 O .O4250 0.05000 O .O6250 0.08500 O .lo875 O. 13000 0.15125

0.02750 O .O3250 0.04250 0.05000 O .O7625 I

0.07625 *o .o9500 0.11875 0.14750 O. 18125 O. 22375 O. 27375 0.33625 I

0.42125 O. 53000 O .66000 0.81125

,

I

. .

.

NOTA :

E l p r e s e n t e t r a b a j o se presentó en e l X I V Congreso Nacional de C i e n c i a y Tecnologra de l o s Alimentos . E l d í a 14 de Octu- b r e d e l p r e s e n t e , s iendo :la sede en e l Audi tor io d e l Museo Te& n o l ó g i c o de l a Comisián Federa l de E l e c t r i c i d a d , Cd. de México.