CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS. Curso de Pós-Graduação Gestão do Setor Sucroalcooleiro. Produção de Açúcar. Oscar F T Paulino

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Produção de Açúcar

Oscar F T Paulino Gestão do Setor Sucroalcooleiro

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CONCEITOS GERAIS

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Caldo Clarificado

Caldo Misto após o processo de clarificação.

Caldo Misto

Caldo obtido no processo de extração das moendas e enviado para a fabricação.

Caldo Sulfitado

Caldo que contém certa quantidade de anidrido sulfuroso (SO₂) integrado ao caldo misto, após passagem pela coluna de sulfitação.

Caldo Filtrado

Caldo obtido nos filtros como resultado da filtração do lodo.

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Conteúdo de cristais % Massa Cozida

A porcentagem em peso de açúcar cristalizada presente em uma massa cozida.

Lodo

Fração mais densa obtida da decantação do lodo, constituída de material insolúvel sedimentado.

Massa Cozida

Produto resultante da concentração do xarope ou do mel constituído de cristais de açúcar envoltos no mel.

Magma

Mistura de cristais de açúcar proveniente da centrifugação da massa “B” com xarope, caldo clarificado, água, para ser usada como pé de cozimento.

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Mel

Solução resultante da centrifugação da massa cozida

Mel Final ou Melaço

Mel obtido da massa cozida final destinado à produção de álcool.

Semente para granagem

Suspensão em álcool de partículas de açúcar moído, utilizada para a granagem.

Torta

Resíduo obtido da filtração do lodo dos decantadores.

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Xarope

Líquido resultante da evaporação parcial do caldo de cana clarificado de concentração cerca de 65°Brix.

Açúcar

Sólido cristalino, orgânico, constituído basicamente por cristais de sacarose envolvidos, ou não, por película de mel de alta ou baixa

pureza.

Brix

Porcentagem em massa de sólidos solúveis contidas em uma solução de sacarose.

Pol

Porcentagem de sacarose contida numa solução açucarada.

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Pureza (%) =

POL

_{x 100}

BRIX

Pureza

É a relação entre POL e BRIX

Exemplo

x 100 POL BRIX 58,5 65,0 x 100 = 90,0

Conceitos Básicos

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C A L D O M I S T O SÓLIDOS SOLÚVEIS 16% SÓLIDOS INSOLÚVEIS 0,2% ÁGUA 83,8% SACAROSE 14,0 % GLICOSE 0,4% FRUTOSE 0,3% NÃO AÇUCARES 1,3% AREIA 0,04% BAGACILHO 0,16%

Composição do caldo

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Fluxograma de Processo – Produção de Açúcar

Cana Extração Tratamento Caldo caldo misto Concentração Caldo Fábrica de Açúcar Ensaque/Armazen. Açúcar caldo clarificado xarope Utilidades lodo bagaço En. Elétrica

Filtração Caldo Filtrado

Mel _{Fermentação}

Vapor Vegetal

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TRATAMENTO DO CALDO

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Fluxograma de Processo – Tratamento do caldo

Caldo Misto Pré-Aquecimento Sulfitação Calagem Aquecimento Flasheamento Decantação

Peneiramento Caldo Clarificado

Filtração Caldo Filtrado Torta

lodo caldo

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hAção do SO2 sobre o caldo de cana:

Ação Fluidificante

Como o SO₂ age sobre o caldo de cana precipitando certos colóides faz-se então reduzir a viscosidade proporcionando maior fluidez.

Ação Descorante

Através da propriedade redutora que o SO₂ possui, transforma os sais férricos (coloridos) em ferrosos (incolores).

Ação Preceptiva

Esta ação é produzida logo após a calagem onde há a formação de sulfito de cálcio (CaSO₃ ) que sendo insolúvel ao precipitar-se arrasta muitas impurezas coloridas.

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SAÍDA DE GASES V Á L V U L A D E A L IM E N T A Ç Ã O D O C A L D O CÂMARA DE GASES BOCAL VERIFICAÇÃO ENTRADA DE GASES ENTRADA DE AR ALIMENTAÇÃO DO ENXOFRE

Sulfitação

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Assim, tem-se :

Redução do pH

Diminuição da viscosidade

Precipitação

Inibição de formadores de cor

(15)

15

O SULFITO DE CÁLCIO FORMADO DURANTE A

SULFITAÇÃO DO CALDO É INSOLÚVEL ACIMA DE

50°C.

A SULFITAÇÃO FAVORECE A DESNATURAÇÃO E

COAGULAÇÃO DE PROTEÍNAS DO CALDO

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Cuidados na operação

:

•Corrosão das partes metálicas dos equipamentos Forma ácido

Sulfúrico

• Reage com a Cal aumentando o consumo Formando Sulfato de

Cálcio que causa incrustações nos evaporadores.

• Aumento do consumo de Enxofre.

• Aumento dos teores de sais

Cinzas no açúcar.

(17)

A calagem é realizada para auxiliar na purificação do caldo. É feita uma adição de leite de cal ao caldo, e tem como funções:

- Neutralização da acidez do caldo;

- Corrigir o pH até o valor desejado: 7,0 à 7,2;

- Reação com os ácidos orgânicos presentes no caldo; - Precipitação dos colóides presentes no caldo;

- Formação de Ca₃(PO₄)₂ e de CaSO₃, quando o caldo é sulfitado; - Floculação e arraste de partículas em suspensão.

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pH ACIMA DE 8,0 APÓS A CALAGEM PODE

LEVAR Á FORMAÇÃO DE COR NO AÇUCAR,

PRECIPITAÇÃO DE SAIS EM EXCESSO E

INCRUSTAÇÕES.

TEOR DE P2O5 NO CALDO CLARIFICADO

DEVE FICAR EM TORNO DE 250 Á 300 PPM.

(19)

O aquecimento é feito em trocador de calor, geralmente do tipo casco e tubos, do tipo vertical / horizontal ou trocadores de placas.

Tem como funções:

•

Acelerar as reações químicas.

• Facilitar as reações do caldo.

• Promover a coagulação das proteínas.

• Diminuir a densidade e viscosidade.

• Provocar a floculação.

• Elimina e impede o desenvolvimento de bactérias.

(20)

20

CORPO : É formado por

um cilindro de chapa em

aço carbono que forma a

parte

externa

do

aquecedor

.

(21)

ESPELHO : É uma

circunferência de chapa com furos onde são fixados os tubos de cobre.

Tubos de cobre / inox

(22)

TUBOS : As duas

extremidades dos tubos são fixadas através de mandril nos espelhos. O tubo de cobre

possibilita maior troca térmica que os demais tubos.

Já o inox é mais

resistente com vida útil maior, porém tem custo elevado.

Tubos

de cobre

ou inox

(23)

Cada aquecedor possui duas tampas as quais possuem divisões que servem para distribuir o fluxo de caldo.

Entre a tampa e o corpo existe uma borracha com a finalidade de vedar o fluxo de caldo.

(24)

Deve-se observar a temperatura de aquecimento pois se esta for baixa a clarificação será inadequada, já se a temperatura utilizada for alta haverá a destruição de açúcar e formação de cor.

(25)

(26)

Após o aquecimento o caldo vai para o balão flash, que tem a função de liberar todas as partículas em suspensão das bolhas de ar que ali estão agregadas e que comprometeriam a decantação e clarificação, se não fossem retiradas.

O flasheamento consiste na expansão brusca do caldo de sua pressão na tubulação para a pressão atmosférica. Esta ebulição explosiva e violenta elimina o ar e os gases dissolvidos contidos no caldo, inclusive aquele adsorvido na superfície das partículas de bagacilho.

(27)

- a aglomeração dos flocos;

- o aumento da velocidade de sedimentação; - a compactação e redução do volume de lodo; - a diminuição da turbidez do caldo clarificado.

O polímero, na forma como é recebido, precisa ter sua molécula distendida, por dissolução em água, para que então possa

desempenhar bem sua função.

Após a passagem pelo balão flash o caldo passa pelos decantadores que separam as impurezas do caldo. Para auxiliar na decantação são adicionados polímeros para promover:

(28)

(29)

(30)

Parâmetros de desempenho :

pH do caldo após calagem

Temperatura do caldo

Vazão do caldo uniforme

Dosagem adequada de polímero

Característica da cana

(31)

Quantidade de polímero :

Baixa : fraca precipitação

Recomendada : melhor eficiência

precipitação

Excesso : Repulsão e não floculação

(32)

CUIDADOS COM O POLÍMERO :

Marca do polímero

Preparo do polímero

Cuidados na flor de adição

Cuidados com a dosagem na entrada do decantador

(33)

POLÍMERO - DOSAGEM CORRETA

Polímero

_{Sólidos em Suspensão}

_Floculação

+

(34)

POLÍMERO - DOSAGEM INCORRETA

Sólidos em Suspensão

+

Excesso de polímero

provoca o fenômeno da repulsão

(35)

CARACTERÍSTICAS DO POLÍMERO :

a - Grau de hidrólise

b - Carga elétrica

c - Peso molecular

d - Testes em laboratório para seleção

(36)

CUIDADOS COM A DECANTAÇÃO :

•Deve-se acompanhar atentamente todos os decantadores,

afim de que não apresentem caneca com caldo sujo.

•Monitorar a concentração do lodo.

• Monitorar amostras “sujas”

(37)

Função

Garantir a

remoção da maior

parte dos

insolúveis

presentes no

caldo.

Peneiramento

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1840 A A D G H B I B E F F C 1 0 5 0 2 0 8 2 2 7 0 0 2340 3276 4221 613 291 250 Ø10" 956 250

Turbo filtro

Peneiramento

(40)

Turbo filtro

(41)

Do processo de decantação obtém-se o caldo clarificado e o lodo (impurezas retiradas do caldo). O caldo clarificado é enviado para a evaporação e o lodo para o sistema de filtração, para recuperação de parte de seu conteúdo de açúcar.

(42)

(43)

(44)

(45)

CONCENTRAÇÃO DO CALDO

(46)

Fluxograma de Processo – Concentração do caldo

Caldo Clarificado Pré-Evaporação Evaporação Xarope Flotação

(47)

Pré-evaporação

Tem a finalidade de elevar o Brix do caldo

clarificado a ± 25° Brix e gerar vapor vegetal

a partir da água existente no caldo. A

concentração final do caldo é realizada na

evaporação

.

(48)

Vapor de Escape

• Robert

(Convencional)

• Falling film.

Pré-evaporação

(49)

(50)

LIMPEZA :

•Limpeza mecânica; efetuada

com rasquete ou roseta rotativo;

• Limpeza com jato de água sob

alta pressão;

• Limpeza química, CIP –

(Cleam In Place)

(51)

AUMENTO DAS INCRUSTRAÇÕES :

Oscilação na vazão do caldo

Descontrole no nível dos prés

Descontrole da correção do pH na dosagem.

(52)

A presença de grande formação de incrustação em

determinadas regiões da calandra, é um dos

sintomas característicos de má circulação do caldo.

É importante que o nível do caldo seja mantido em

aproximadamente um terço da altura dos tubos, para

proporcionar uma boa circulação do caldo.

Se a tubulação da evaporação não estiver limpa, a

incrustação se formará rapidamente;se estiver com a

superfície dos tubos lisa,não ocorrerá depósito.

(53)

NÍVEL DO CALDO :

Em todos os corpos deve-se manter cerca de 1/3 da

altura dos tubos, reduzindo o efeito da pressão

hidrostática no ponto de ebulição do caldo,

aumentando a circulação do caldo e obtendo uma

máxima taxa de evaporação.

(54)

Fatores que influenciam a Pré Evaporação :

Composição do caldo

Peneiragem do caldo;

Características dos insumos da clarificação

Processos de clarificação;

Nível de caldo nas calandras dos evaporadores;

Velocidade de circulação de caldo nos vasos

(55)

O caldo pré-evaporado é enviado à evaporação

para eliminar o excesso de água do caldo,

transformando-o no xarope, com cerca de 65°

Brix, no qual ainda não existem cristais de

açúcar.

(56)

(57)

Formação da cor :

É maior no primeiro corpo onde a temperatura é

mais alta.

É também causada pela deficiente circulação do

caldo na calandra e altos tempos de retenção

Quando o vácuo é baixo, a temperatura de sistema

sofre uma elevação, aumentando a formação de cor.

(58)

Diminuição do pH :

Durante a evaporação é comum um decréscimo no

pH de valores próximos a 0,3.

Este decréscimo é proporcional ao tempo de

retenção na evaporação.

(59)

Pureza :

Quando há uma queda na pureza, é uma indicação

de inversão de sacarose, causando perdas

indesejáveis.

(60)

Utilizado para diminuir a turbidez do xarope (~ 50 %) e

conseguindo adicionalmente diminuir a cor do mesmo (~20%). Processo :

Aquecimento do xarope temperatura entre 80 e 85ºC;

O xarope aquecido misturado com produtos químicos que são usados para clarificar a mesma.

Após passar pelo tanque de reação é dissolvido ar no xarope de forma de ocluir as impurezas dentro dos flóculos formados ou em formação.

As impurezas saem do tanque flotador pela parte superior como espuma, e voltam para o início do processo,

O xarope clarificado que sai pelos coletores colocados na parte inferior do flotador está em condições de alimentar os tachos de cozimentos

(61)

COZIMENTO,

CENTRIFUGAÇÃO E

SECAGEM DO AÇÚCAR

COZIMENTO,

CENTRIFUGAÇÃO E

SECAGEM DO AÇÚCAR

(62)

Fluxograma de Processo – Fábrica de açúcar

Xarope Cozimento Cristalização Açúcar Centrifugação Secagem Ensaque Armazenamento

(63)

Sistema de 2 massas 287,9 ton/h

Dia : 66,0 87,6 Brix Pureza

72,3 ton/h 48,5 ton/h 255,8 ton/h 32,1 ton/h 66,0 87,6 66,0 87,6 244,5 ton/h 133,3 ton/h 91,0 87,4 90,0 79,6 79,8 ton/h

28,8 ton/h 149,7 ton/h 7,6 ton/h 83,0 64,8

66,0 77,9 61,0 ton/h 88,0 98,0 RI = 74,2 % 123,7 ton/h 59.381 sc/dia 99,97 99,8 Corrente Vazão Massa A Massa B Xarope Xarope A Xarope B

Água evap. Água evap.

17/7/2005 Água adic. Mel final Açúcar Mel A Magma B Água adic. Cozedor A Cozedor B Centrífuga Massa A Centrífuga Massa B

(64)

(65)

Produzida no laboratório, pela moagem de

açúcar com álcool em moinhos de bola;

A semente é preparada usando a proporção de

2 litros de álcool anidro para 1 Kg de açúcar;

Tamanho do cristal de cerca de 5 a 12 um;

Entregue aos operadores para utilização nos

cozimentos em embalagens pequenas;

O tempo de moagem entre 8 a 10 horas;

A pasta de semente não deve ser armazenada

por um período superior a 30 dias;

(66)

Ponto de semeamento (ponto de fio – fio estável com

os dedos afastados 1 a 2 cm, ou comportamento do

mel escorrendo na lâmina seca de vidro). Este é o

ponto de supersaturação. Na prática este ponto deve

estar em torno de 84

o

_Brix;

Lavagem dos cristais por cerca de 5 a 10 minutos;

Homogeneização da pasta ao ser introduzida no

vácuo;

Introduzida sempre a mesma quantidade no vácuo,

com volume calculado em função do tipo do açúcar e

da capacidade dos equipamentos existentes ( cerca de

100 a 200 ml de pasta de semente / 100 hl de massa

cozida final);

(67)

(68)

Se jogássemos 1000 cristais pequenos de açúcar e

não deixássemos nenhum deles se dissolver,

teríamos, após um certo tempo, exatamente 1000

cristais grandes de açúcar;

Vantagens :

• Operação de fácil reprodução;

• Reprodutibilidade do tamanho do cristal;

• Homogeneidade dos cristais;

• Homogeneidade na quantidade de açúcar;

• Esgotamento dos méis.

(69)

Chamamos

de

cozimento

às

operações

desenvolvidas na fábrica de açúcar para obtenção

do cristal de sacarose com valor comercial.

O cozimento propriamente dito é feito sob vácuo

(22-25 pol Hg), por evaporação, a baixa

temperatura (65-70 oC), para que não ocorra

prejuízo da qualidade do açúcar ou até degradação

térmica da sacarose .

No cozimento, estaremos evaporando a água e,

portanto, supersaturando a solução, fazendo com

que o açúcar se deposite nas sementes ou nos cristais

já existentes, fazendo-os crescer.

(70)

Vemos, portanto, que os cristais devem ser obtidos

e o cozimento deve ser conduzido, até o final, na

zona metaestável, para que haja controle sobre o

crescimento dos cristais;

Se a concentração cair, cristais se dissolverão,

levando inclusive a acréscimo de cor, quando

voltarem a crescer;

Se a concentração subir, ela pode invadir a zona

intermediária, ocasionando o aparecimento de

falsos grãos.

(71)

Curvas de Supersaturação - Sacarose Pura 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 50 60 70 80 90 100 Temperatura (C) p ar te s d e S ac ar o se / 10 0 p ar te s d e ag u a 1,0 SS 1,2 SS 1,3 SS INSATURADO ZONA METAESTÁVEL ZONA DE SUPERSATURAÇAO ZONA INTER. Brix 80 75

Cozimento

(72)

Vácuo #1 _Xarope

Vácuo # 2 _{Vácuo # 3} Vácuo # 2

Vácuo # 3 Vácuo #4 Vácuo # 2 1/3 1/2 1/2 1/3 1/3

Vácuo #5 Vácuo # 2 _{Vácuo # 4}

1/2

Mel Pobre _{Mel Pobre} Mel Pobre

Semente

(73)

Xarope ou mel muito diluídos, variações na

pressão do vapor ou do vácuo podem favorecer a

diluição de cristais existentes, aumentando o tempo

de cozimento, aumentando o consumo de vapor e

sujeitando a uma maior degradação de açúcares e

formação de cor;

Para diluição de méis e magma não basta

simplesmente misturar água. É preciso que se

garanta a diluição adequada, a agitação adequada,

aquecimento e tempo de retenção.

(74)

Operação de cortes de massa entre dois vácuos

para a obtenção do tamanho desejado de cristal;

Ao se cortar um vácuo, deve-se ter o cuidado de

que as calandras dos equipamentos fiquem

cobertas de massa cozida;

A tubulação de corte deve ser sempre limpa após

cada corte.

(75)

Para o aperto, fecha-se a alimentação e

continua-se a concentrar a massa até continua-se atingir o Brix

desejado (92

o

_{Brix) para final do cozimento. O}

objetivo aqui é obter uma massa com o máximo

teor de cristais permitido, buscando um mel o

mais pobre possível;

A existência de uma pequena camada de mel

envolvendo os cristais, vai protegê-los das

agressões durante sua centrifugação e ensaque,

reduzindo as quebras;

(76)

Após a descarga, é normal ficar uma certa

quantidade de cristais retida no interior do

equipamento (corpo, espelho superior, fundo,

lunetas etc). Estes cristais devem ser removidos

ou dissolvidos antes de se iniciar um novo

cozimento.

Vaporização do cozedor para dissolver e arrastar

os cristais de açúcar retidos no interior do

equipamento. Deve ser realizado com vapor de

baixa pressão (ocorrência de pontos pretos).

(77)

Tipo 1 e 2 : sem cortes - tamanho cristal 0,60 - 0,65 mm Tipo VVHP : com cortes - tamanho cristal - 0,90 mm

Vácuo # 1 Vácuo # n Magma B

Tipo 1 e 2 : 1 pé de magma -> 1 cozimento Tipo VVHP : 1 pé de magma -> 2 cozimentos

Mel rico Xarope

(78)

Balanço de purezas:

J : “Juice”

=> xarope

S : “Sugar ”

=> açúcar

M : “Molasses ” => mel;

R =

S x (J - M )

_{J x (S - M)}

Recuperação da Fábrica

Exemplo : J : 87,8 % S : 99,6 % M : 69,0 % R = S x (J - M ) J x (S - M) 99,6 x (87,8 - 69) 87,8 x (99,6 – 69) = = 69,7 % de recuperação

(79)

A massa é descarregada no cristalizador, que é provido de agitadores que auxiliam a cristalização do açúcar e impedem a formação de um bloco, além de servir como pulmão para as centrífugas.

(80)

Separação do mel que envolve os cristais

de açúcar de uma massa cozida.

Utilização da força centrífuga para retirada

do mel contido na massa

Rotação : 1200 - 1500 rpm

(81)

Água : lavagem do açúcar

influência na cor/pol

tempo e temperatura

Vapor: secagem

aumento da temperatura

Centrifugação : separação do mel

influência na cor

(82)

A massa B é “lavada” com água em centrífugas contínuas, o cesto é tipo cônico vertical, operando com descarga contínua de sólidos. A separação centrífuga ocorre no cesto cônico, sobre as telas para filtração. Com a subida da massa sobre a tela, os méis são separados dos cristais de açúcar.

(83)

(84)

As centrífugas descontínuas promovem a separação do açúcar dos méis. A massa “A” é descarregada na centrífuga, e esta é lavada com água, primeiramente saí mel pobre e depois na próxima lavagem (com vapor) saí mel rico

(85)

(86)

Consiste na secagem e resfriamento

do açúcar para ensaque;

Relação açúcar:ar de 1:2 ;

Uso comum de secadores rotativos:

• convencionais;

• com adiabático;

• com exaustão central.

(87)

Secador Rotativo Convencional

Ar ambiente P/ câmara de lavagem Açúcar frio Açúcar quente Vapor Condensado Ar ambiente Ar quente

(88)

Secador Rotativo com Resfriador Adiabático

P/ câmara de lavagem Açúcar frio Açúcar quente Vapor Condensado Água _Ar ambiente Ar resfriado úmido Ar quente

(89)

Secador Rotativo com Exaustão Central e Chiller

P/ câmara de lavagem Açúcar frio Açúcar quente Vapor Condensado Chiller _Ar ambiente Ar gelado Ar quente Ar ambiente Zona de resfriamento Zona de secagem

(90)

O açúcar é enviado para o secador, e é seco até atingir umidade final de no máximo 0,10% para Açúcar tipo 4 e VVHP, 0,15% para tipo VHP, 0,04% para tipos 1, 2 e 3.

(91)

Temperatura do açúcar no ensaque

acima de 40

o

_{C : problema de}

amarelecimento e empedramento;

Fatores que acarretam temperaturas

muito elevadas no ensaque :

• instalação acima da capacidade de

projeto;

• necessidade de redução de

temperatura maior que a de

projeto-tempo e temperatura das lavagens.

(92)

Instalações operando inadequadamente :

• vazão de ar insuficiente;

• entrada de ar falso;

• tempo de retenção insuficiente;

• cascateamento do açúcar deficiente no

interior do secador.

(93)

Teor de fósforo no caldo;

Retomada gradual da moagem após chuva;

Procedimento de enchimento/liquidação dos

decantadores

(tempo/pH/temperatura)

;

Desempenho do balão flash e filtros;

Controle/testes desempenho polímero;

Início/retorno de operação de prés e

evaporadores (insolúveis);

Controle de pureza nos prés;

Controle brix xarope;

Preparo e conservação da semente;

Monitoramento do teor de cristais e magma

(94)

(95)

(96)

ESPECIFICAÇÃO DO

AÇÚCAR

ESPECIFICAÇÃO DO

AÇÚCAR

(97)

Especificações típicas

Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 VHP VVHP

Cor ICUMSA UI máx 100 150 180 400 1200 450

Polarização oZ mín. 99,8 99,7 99,7 99,5 99,00 - 99,49 99,6

Umidade % máx 0,04 0,04 0,04 0,10 0,15 0,10

1 a 10 máx 5 5 9 - -

-mg/kg máx. - - - - - 120

Pontos Pretos no/100g máx 7 7 15 - -

-Part. Magnetizáveis mg/kg máx 2 1 5 - - -Cinzas % máx 0,04 0,05 0,07 0,10 0,15 0,12 Sulfito mg/kg máx 10 10 15 20 - <1 Dextrana mg/kg máx - 100 150 - - 80 Amido mg/kg máx - 180 180 - - 80 Turbidez NTU máx - 20 20 - - 50 AM em mm min. - 0,5 - 0,8 0,5 - 0,8 - - 0,9 CV em % máx. - - - - - 25 Fundo máx. - - - - - 0,2 Aparência - -Sabor - -Odor -