Incrustações em evaporadores de usinas de açúcar: prognóstico de formação e prevenção

Autor(es)

Marcos Augusto Stolf Brasil

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA/STB)
• Data de defesa: 2021-05-05

Membros da banca

Marcos Yassuo Kamogawa; Antonio Sampaio Baptista; Eduardo Poggi e Borges; Ivo Milton Raimundo Junior

• Orientador: Marcos Yassuo Kamogawa

Resumo

Este trabalho teve como foco o estudo das condições, compostos e processos envolvidos na formação de incrustações nos evaporadores de usinas de açúcar, sua constituição química - morfológica, formas de reduzir sua concentração e dissolução. Inicialmente foram realizadas análises da composição de caldos de cana mistos, clarificados e incrustações de duas usinas com objetivo de avaliar sua composição e características. Este estudo inicial determinou quatro elementos majoritários na composição das incrustações: cálcio, fósforo, magnésio e enxofre. Determinou também a existência de uma variação significativa na concentração da composição do caldo. Em um período de 6 horas foi observada uma variação de 70 % na concentração do cálcio. O trabalho prosseguiu buscando correlacionar a relevância de cada uma das etapas do processo de tratamento do caldo e insumos para a concentração dos elementos responsáveis pelas incrustações. Foi desenvolvido um sistema de análise em fluxo automático para determinação de cálcio e fósforo adequado a operar em soluções contendo alto percentual de sólidos em suspensão e dissolvidos. O sistema obteve um limite de detecção de 0,48 e faixar linear de 0,50 50,00 mg L-1 para cálcio e 1,13 e 1,20 50,00 mg L-1 para fósforo, com uma freqüência analítica de 16 determinações por hora para ambos. Atenção especial foi dada ao insumo cal, responsável pela introdução, através do procedimento da caleagem, do elemento cálcio no caldo, que corresponde a 70% da composição das incrustações. Foram estudadas 8 amostras de cal de usinas e comerciais, quanto a composição e atributos importantes para o tratamento do caldo e a formação de incrustações. Em um experimento, amparado em planejamento fatorial completo em dois níveis (2^4), foi realizado o tratamento de amostras de caldo misto nas condições padrão recomendadas pela literatura e utilizadas nas Usinas. As variáveis independentes do estudo foram a fosfatação, sulfitação, caleagem e decantação e teve como objetivo determinar o valor das respostas mais significativas para o processo. O caldo misto foi analisado previamente aos tratamentos quanto aos parâmetros pH, Sólidos Solúveis Totais (SST %), Sacarose Aparente (POL (S)), Turbidez (NTU), Cor ICUMSA, Ca e P (mg L-1). A análise estatística dos dados ofereceu uma visão privilegiada do panorama. O estudo de tratamento de caldo e seus resultados serviram como base para o que se seguiu de redução de precursores de incrustação, que através de intervenções pontuais buscaram reduzir o percentual dos elementos formadores. Nos estudos de melhoria do processo foram inicialmente avaliadas mudanças em concentrações e substituições parciais dos insumos, testes de inibidores e complexantes. Estes estudos obtiveram uma redução de 56 % na concentração de cálcio no caldo em relação ao tratamento padrão. O estudo de formação de incrustações que se seguiu, buscou avaliar e comparar o efeito incrustante de um caldo clarificado pelo procedimento padrão com os obtidos pelas metodologias mais promissoras para redução de precursores de incrustação determinados no estudo de tratamento do caldo. Dentro deste estudo também foi avaliada a ação de agentes inibidores de incrustação. No estudo de caracterização das incrustações foram realizadas análises químicas e morfológicas detalhadas por microscopia digital e fluorescência de raio-x nos componentes das incrustações objetivando determinar a estrutura e possíveis processos envolvidos na sua formação. A etapa final do trabalho envolveu o estudo para dissolução das incrustações, foi avaliada a eficiência de agentes dissolutores de modo isolado, em composições e determinadas as frações removidas da incrustação em cada estudo e os compostos ativos remanescentes nas soluções testadas (AU)

• Processo FAPESP: 17/05701-8 - Incrustações em evaporadores de usinas de açúcar: prognóstico de formação, prevenção e solubilização química
• Beneficiário: Marcos Augusto Stolf Brasil
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado