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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA E.A.P DE AGROINDUSTRIA

TECNOLOGÍA DE AZÚCAR

TEMA 11: BALANCE DE MATERIALES

Dra. Luz Maria Paucar Menacho

Concepto de Balance de Materia.: Es un método matemático utilizado principalmente en Ingeniería Química. Se basa en la ley de conservación de la materia, que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante (excluyendo, por supuesto, las reacciones nucleares o atómicas y la materia cuya velocidad se aproxima a la velocidad de la luz). La masa que entra en un sistema debe, por lo tanto, salir del sistema o acumularse dentro de él, es decir: Los balances de materia se desarrollan comúnmente para la masa total que cruza los límites de un sistema. También pueden enfocarse a un elemento o compuesto químico. Cuando se escriben balances de materia para compuestos específicos en lugar de para la masa total del sistema, se introduce un término de producción.


CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS Los balances de masa o balances de materia se basan en la ley de la conservación de la materia, que establece que la materia no se crea

ni se destruye. Los balances de masa son utilizados en el diseño de un nuevo proceso o en el análisis de uno ya existente. Los procesos químicos pueden clasificarse en intermitentes (batch), continuos o semiintermitentes y como estacionarios (en régimen

permanente) o transitorios. Proceso intermitente: La alimentación se introduce al sistema al principio del proceso, y todos los productos se extraen juntos tiempo después.

Proceso continuo: Las entradas y salidas fluyen continuamente durante el proceso. Proceso semiintermitente: Cualquier proceso que no es intermitente ni es continuo.


Proceso en régimen permanente o estacionario: Todas las variables del proceso (temperaturas, presiones, volúmenes, velocidades de flujo) no cambian con el tiempo, excepto, por fluctuaciones pequeñas

alrededor de los valores promedio constantes. Proceso transitorio: Cualquiera de las variables del proceso cambia con el tiempo. Los procesos intermitentes y semiintermitentes son operaciones en régimen no permanente y los procesos continuos pueden ser

transitorios o estacionarios. El proceso intermitente se usa cuando se producen cantidades pequeñas de producto en una única ocasión, mientras que para producciones grandes se usan procesos continuos en régimen permanente. Las condiciones de un régimen transitorio existen durante

el arranque de un proceso y en los cambios subsecuentes en las condiciones de operación del proceso.


ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE Un balance o inventario sobre una sustancia en un sistema (una unidad del proceso, varias unidades o el proceso completo) puede

escribirse de la siguiente forma general:

Esta ecuación general de balance puede escribirse para cualquier sustancia que entre o salga de cualquier proceso, para cualquier especie atómica (balance parcial de masa) o para las masas totales

de los flujos de entrada y salida (balance total de masa).

=--+ENTRADA

(Entra a través de las fronteras

del sistema)

PRODUCCIÓN(Producida dentro del

sistema )

SALIDA(Sale a través de las

fronteras del sistema)

CONSUMO(Consumida dentro

del sistema )

ACUMULACIÓN(Acumulada dentro

del sistema)


BALANCE DE MATERIALES EN LA PRODUCCIÓN DE AZÚCAR DE CAÑA TÉRMINOS USADOS EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

Para llevar a cabo el Balance de Materiales es necesario conocer el significado de algunos términos empleados en la industria azucarera, por lo que se definen a continuación. BRIX.- es el porcentaje de sólidos disueltos en una solución.

𝐵𝑟𝑖𝑥 =𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑠𝑢𝑙𝑢𝑏𝑙𝑒𝑠

𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑥 100

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SACAROSA.- es el valor determinado por la polarización directa de una solución azucarada en un sacarímetro. Siendo la sacarosa un disacárido producido por la condensación de glucosa y fructosa.

PUREZA.- la pureza de un producto azucarado, es el azúcar que contiene en porciento de la materia sólida:

𝑃𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 =𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎

𝑏𝑟𝑖𝑥 𝑥 100

JUGO MEZCLADO.- es el jugo de la caña más el agua de dilución. AGUA DE IMBIBICIÓN: es el agua que se aplica en los molinos al bagazo, diluyendo el jugo, obteniendo así una mayor extracción.

JUGO RESIDUAL.- Es el jugo que sale del ultimo molino. BAGAZO.- es el residuo fibroso que se obtiene de la molienda de la caña.


FIBRA.- Es la materia seca e insoluble en agua que contiene la caña. JUGO FILTRADO.- Es el jugo que se extrae de la torta de cachaza en los filtros de cachaza(al vació).

CACHAZA.- Son los precipitados que fueron extraído del clarificador. JUGO CLARO.- Es el jugo que sale de los clarificadores. MELADURA.- Es el jugo concentrado en los evaporadores. MASA COCIDA O TEMPLA.- Es el jarabe concentrado en el cual ha

cristalizado el azúcar.

MIEL.- Es el licor madre que se separa de los cristales en una centrifuga. T.C.D.- Toneladas de caña por día. T.C.H.- Toneladas de caña por hora.


BALANCE DE MATERIALES EN EXTRACCIÓN CONSIDERACIONES: EL balance de materiales se hace para la capacidad de molienda

instalada El balance se realizara por 2 métodos: Asumiendo valores posibles en la producción de una planta azucarera. POR EL MÉTODO DE BASCULADAS DIRECTAS.

El método de basculadas directas es cuando el ingenio cuenta con básculas de jugo mezclado, agua de imbibición y básculas de caña. Por lo tanto: asumiendo datos.

Caña + agua = jugo mezclado + bagazo


POR EL MÉTODO DE BASCULADAS DIRECTAS.

EXTRACCIÓN

CAÑA 200000 Kg/h

AGUA 41728 Kg/h

JUGO DE CAÑA 181 730 Kg/h

BAGAZO 59998 Kg/h


BALANCE DE MATERIALES EN CLARIFICACIÓN

BALANCE DE MATERIALES EN EL TANQUE DE JUGO ALCALIZADO

DATOS ANALÍTICOS DEL LABORATORIO.

Cantidad de CaO2 utilizada = 0.689 kg / T.C. Concentración de lechada de cal = 10.8 ° Bx.

Se considera que:

• Para efecto de cálculo se considera que el agua que se agrega en los filtros de cachaza es igual al agua evaporada en el tanque flash.

• El jugo sale de los calentadores a 105 ° C y flashea a 100 ° C (por ser un tanque abierto a la atmósfera).

• La cachaza representa el 18.00 % del total de la caña molida.

• Los lodos representa el 3.22 % de la caña molida. • La recirculación del jugo filtrado representa el 16 % de la caña molida.

Por lo tanto tenemos que en el tanque jugo alcalizado se lleva a cabo el siguiente balance:


BALANCE DE MATERIALES EN CLARIFICACIÓN

CLARIFICACIÓN

Jugo mezclado 181730 Kg/h

Lechada de cal 1275,93 Kg/h

JUGO ALCALIZADO 181 730 Kg/h

Jugo filtrado 32000 Kg/h

Jugo alcalizado = jugo mezclado + jugo filtrado + lechada de cal

𝑙𝑒𝑐ℎ𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙 = (CaO2 x TCH x Brix Lecha de cal)

𝐽𝑢𝑔𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 = (TCH x % filtrado de caña molida)

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BALANCE DE MATERIALES EN EL TANQUE FLASH. La cantidad de vapor de agua que sale del tanque flash es la siguiente: Trabajando con los siguientes datos:

W1= jugo alcalizado a 105 ° C, en kg / hr W2= jugo alcalizado a 100 ° C, en kg / hr W3= vapor de flasheo a 100 ° C, en kg / hr H1 = entalpía del liquido a 105 ° C, en kcal/kg

H2 = entalpia del liquido a 100 ° C, en kcal/ kg

H3 = entalpia del vapor a 100 ° C, en kcal/kg Remplazando en la siguiente formula:

W1 = W2 x W3

H1W1 = H2W2 x H3W3


Resolviendo el anterior sistema de ecuaciones tenemos: W3= W1 (H1- H2) / (H3- H2)

W3= (215,005.93 kg/hr) (105.1 kcal/kg – 100 kcal/kg) / (638.9 kcal/kg – 100

kcal/kg)

W3= 2034.76 kg / hr = agua evaporada.

W2= W1 – W3 = 215,005.93 kg/hr – 2034.76 kg/hr

W2= 212,971.17 kg / hr = jugo alcalizado a 100 ° C.


BALANCE DE MATERIALES EN EL CLARIFICADOR. En el clarificador se efectúa el siguiente balance:

Cachaza = (200,000 kg/hr) (0.18) = 36,000 kg / hr

Por lo tanto: Jugo claro= 212, 971.17kg/hr – 36,000 kg/hr

Jugo claro= 176,971.17 kg/hr

Jugo claro = jugo alcalizado a 100 °C + cachaza liquida


BALANCE DE MATERIALES EN LOS FILTROS DE CACHAZA En los filtros de cachaza se tiene el siguiente balance:

Datos: Agua = 2034.76 kg / hr Cachaza = 36,000 kg / hr

Lodos = (200,000 kg/hr) (0.0322) = 6,440 kg / hr Jugo filtrado = 32,000 kg/hr Por lo tanto tenemos que:

Bagacillo= 32,000 kg/hr + 6,440 kg/hr – 36,000 kg/hr – 2,034.76 kg/hr Bagacillo= 405.24 kg/hr

Agua + cachaza + bagacillo = jugo filtrado + lodos

bagacillo = jugo filtrado + lodos - Agua - cachaza


BALANCE DE MATERIALES EN CLARIFICACIÓN SE RESUME COMO SIGUE:

181,730 kg/hr + 1,275.93 kg/hr + 405.24 kg/hr + 2,034.76 kg/hr =

176,971.17 kg/hr + 6,440 kg/hr + 2034.76 kg/hr

185,545.93 kg/hr = 185,545.93 kg/hr

Jugo mezclado + lechada de cal + bagacillo + agua = jugo claro + lodos + vapor de agua


BALANCE DE MATERIALES EN EVAPORACIÓN. BALANCE DE SÓLIDOS EN EVAPORACIÓN.

En los evaporadores se concentra el jugo claro es un jarabe llamado “meladura”

Tabla: analíticos de evaporación

MATERIAL BRIX SACAROSA PUREZA

Jugo claro 16.68 % 14.23 % 85.30 %

meladura 60.00 % 51.18 % 85.30 %

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Lo primero que se hace en un balance de sólidos:

Meladura = (176,971.17 kg/hr) (0.1668) / (0.60)

Meladura = 49,197.99 kg/hr

(Jugo claro) (Brix del jugo claro) = (meladura) (Brix de la meladura)

Meladura = (jugo claro) (Brix del jugo claro) / (Brix de la meladura)


En los evaporadores tendremos el siguiente balance:

Agua evaporada= 176,971.17 kg/hr – 49,197.98 kg/hr

Agua evaporada = 127,773.19 kg/hr

Jugo claro= meladura + agua evaporada

Agua evaporada = jugo claro – meladura


Balance de materia de

la producción de azúcar de caña


BALANCE DE MATERIALES DE PRODUCCIÓN DE AZÚCAR DE AGROINDUSTRIA SAN JACINTO

FLUJO PARA LA ELABORACION DE AZUCAR

PRODUCTO FLUJO (Ton/día)

Jugo encalado 2504.38

Jugo filtrado 253.84

Lechada de cal 18.07

Torta de cachaza 61.97

Cachaza 211.39

Jugo clarificado 2209.32


BALANCE DE MATERIALES DE PRODUCCIÓN DE AZÚCAR DE AGROINDUSTRIA SAN JACINTO

PRODUCCION MENSUAL DE AZUCAR COMERCIAL

Producción de azúcar rubia tipo A = 197.27 Ton/día

Producción de azúcar rubia tipo B = 93.28 Ton/día

• Producción total de azúcar rubia = 290.55 Ton/día

Producción total de azúcar rubia = 8115.06 Ton/mes

Producción total de azúcar rubia en bolsas de 50 kg = 162301.23 bolsas/mes

GRACIAS

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