Capítulo 08 - - Apostila Cana

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Capítulo 8 
Cristalização 
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8. CRISTALIZAÇÃO 
 
8.1. CRISTALIZAÇÃO EM MOVIMENTO 
 
 Objetivando o crescimento a e uniformidade dos cristais formados na fase de 
cozimento do xarope, a massa cozida descarregada dos cozedores é encaminhada a tanques 
dotados de pás agitadoras e sistema de refrigeração. Tais recipientes são denominados 
tanques de cristalização em movimento ou cristalizadores. 
 Assim, a massa cozida, após ter sido processada nos cozedores, à temperatura na 
faixa de 65-70
º
 C e coeficientes de supersaturação de aproximadamente 1,20, são 
descarregadas nos referidos tanques onde é mantida em regime de agitação lenta sobre 
refrigeração, o que torna possível a continuidade do processo de cristalização iniciado na 
fase de cozimento do xarope. Esse fenômeno só é possível pois, as condições de 
supersaturação da massa são viabilizadas pela redução da temperatura. 
 A agitação também assume grande importância na medida em que garante o 
crescimento dos cristais em tamanho de forma individual. A não realização de agitação 
poderia fazer com que a massa cozida se solidificasse, formando um único bloco, o que não 
seria desejável. 
 Dessa forma, essa fase do processo, visa, além do aumento do tamanho dos cristais, 
também a exaustão máxima possível da sacarose presente no melaço. Esse objetivo para ser 
atingido exige que se trabalhe em temperaturas reduzidas ao mínimo possível, desde que 
permita a movimentação das pás agitadoras do equipamento. Com esse procedimento 
obtém-se um progressivo decréscimo da solubilidade da sacarose, o que garante as 
condições necessárias de supersaturação da massa, viabilizando o crescimento dos cristais. 
Normalmente nos cristalizadores a temperatura da massa gira em torno de 55
º
C, mas 
dependendo das características da massa cozida esses valores podem sofrer oscilações na 
faixa de 45 – 50ºC, para massas cozidas de densidades elevadas, e acima de 35ºC, para 
massas cozidas de baixas densidades. 
 A velocidade de resfriamento nos cristalizadores depende das características da 
massa cozida (por exemplo densidade), da natureza das impurezas, do formato dos 
equipamentos e potência de acionamento dos sistemas de agitação. Quando se trata de 
massa cozida de baixa pureza, a velocidade de cristalização varia acentuadamente, 
influenciando de forma direta o tempo necessário para que o processo se conclua. 
 Para se manter altas velocidades de cristalização, sem o aparecimento espontâneo de 
novos cristais, os melhores resultados são obtidos quando a velocidade de resfriamento se 
dá no mesmo rítimo da velocidade de cristalização. Nessas condições, a supersaturação não 
sofre mudanças significativas, principalmente depois que a temperatura mínima é atingida. 
 
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Figura 8.1. Relação entre a porcentagem de cristais na massa cozida e 
Pureza do mel final para cozimentos conduzidos em tempos diferentes. 
 
 Algumas indústrias preferem cristalizadores dotados de sistemas de resfriamento 
rápidos, e outras, mais lentos. O tempo para se atingir a temperatura de 49
º
C, por exemplo, 
gira em torno de 9 horas, quando se trata de sistema de refrigeração rápido. Outros, dotados 
de sistemas mais lentos, chegam a necessitar de 16 horas para atingir os mesmos 49
º
C. 
Geralmente a velocidade de resfriamento situa-se próxima de 1,5 a 2,0
º
C h
-1
. 
 Quando o teor de açúcares invertidos, em massas cozidas mais pobres, é elevado, o 
resfriamento rápido não causa elevação da viscosidade do licor mãe a ponto de reduzir a 
taxa de cristalização da sacarose. Porém, quando o teor de açúcares invertidos, em massas 
cozidas mais ricas, é baixo, o resfriamento rápido pode causar significativo aumento da 
viscosidade do licor mãe, o que diminui a taxa de cristalização da sacarose, refletindo na 
menor esgotabilidade do melaço. 
 Em refinarias, os rendimentos mais altos são obtidos quando se emprega 
resfriamentos rápidos. Nessas condições, nas primeiras 24 horas se observa queda de 
pureza de 6,40 pontos e somente 2,8 pontos nas 24 horas subseqüentes. Assim, a queda de 
pureza não é proporcional à exaustão do açúcar do licor mãe, pois outras perdas por 
inversão e destruição podem ocorrer durante o processo de resfriamento. Os melhores 
resultados são atingidos quando a massa cozida é rapidamente resfriada a temperatura 
mínima a qual se adequa o cristalizador. A mesma deverá ser mantida até que as condições 
de saturação desejadas sejam atingidas. A taxa de resfriamento, contudo, deve ser limitada 
à zona de supersaturação metaestável, evitando a ocorrência de granagem expontânea que 
levaria ao aparecimento de novos cristais, causando desuniformidade no tamanho dos 
cristais do processo final. 
 Em algumas situações específicas pode-se proceder à diluição da massa cozida no 
interior dos cristalizadores ou após a cristalização em movimento, antes de se proceder à 
centrifugação. 
 A movimentação da massa cozida dentro dos cristalizadores á afetada pela 
viscosidade a baixas temperaturas e altos teores de sólidos. Quando a relação Açúcares 
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Redutores/ Cinzas é baixa na fase de cozimento, a massa cozida tem que ser concentrada 
até próximo de 100
º
Brix, o que causa mais problemas, principalmente em sistemas continuo 
de cozimento do xarope. A utilização de água para a diluição da massa cozida é comum em 
vários países. Alguns adotam a adição de melaço diluído visando a redução da viscosidade. 
Porém, na literatura existem trabalhos que não recomendam essa prática. Após o período de 
cristalização o licor mãe deve ser mantido na zona de supersaturação metaestável, podendo-
se reduzir a sua viscosidade através do reaquecimento ou da diluição com água, desde que 
não se passe pela zona não saturada ou pela combinação de ambos. A adoção de um ou 
outro procedimento deve ser levado em consideração, não apenas elementos teóricos, mas 
também os práticos. É bem verdade que a diluição com água é mais efetiva do que o 
reaquecimento da massa cozida para a redução de sua viscosidade. Entretanto, na prática, 
essa diluição, as vezes, não é possível, o que pode justificar a adoção de outras alternativas 
como o reaquecimento, por exemplo. 
 O reaquecimento da massa cozida pode ser realizado dentro dos cristalizadores em 
uma etapa intermediária entre estes e a centrifugação ou em ambas as etapas. Tecnicamente 
é desejado que a temperatura da massa cozida seja aumentada sem alterar as condições de 
saturação do licor mãe, evitando, assim, que ocorra a solubilização dos cristais. Quando se 
processa massa cozida de alta qualidade e de alta densidade é possível se atingir 
temperaturas mais elevadas, mantendo as condições de saturação e a diferença entre a 
temperatura mínima e máxima é menor do que para o caso de massas cozidas de baixas 
purezas. O reaquecimento dos cristalizadores pode ser obtido da circulação de água quente 
no elementos utilizados normalmente para o resfriamento. A temperatura da água não deve 
ser mais do que 2
º
C acima da temperatura desejada para o licor mãe. O rápido 
reaquecimento da massa cozida e o envio imediato da mesma para as centrífugas, minimiza 
possíveis perdas caracterizadas pelo aumento da pureza do melaço. 
 
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Figura 8.2. Aquecimento por resistência para 
centrífugas contínuas. 
 
 A combinação de aquecedor de resistência e a centrifugação contínua, resulta em 
menores perdas decorrentes da dissolução da sacarose do que o reaquecimento 
convencionalrealizado dentro dos cristalizadores. Assim, massas cozidas de baixa pureza 
podem ser resfriadas sem que se tenha maiores preocupações com possíveis viscosidades 
elevadas (30.000 poises). A alimentação das centrífugas por gravidade e a maior resistência 
dos aquecedores podem reduzir a viscosidade a valores inferiores a 4.000 poises (1 poise = 
1 g cm
-1
 s
-1
). Isto envolve um aquecimento acima de 20
º
C e um fluxo de vazão de 50 Kg 
min
-1
; a resistência do aquecedor requer 31,5 KW. Com essa resistência de aquecimento 
obtêm-se uma redução de 0,1 a 0,15 unidades de pureza no melaço. 
 A utilização do aquecimento por resistência elétrica, em massas cozidas de baixa 
pureza, tem apresentado bons resultados práticos e as mais usadas têm de 200 a 300V e de 
100 a 150
 
A. 
 A redução da pureza do licor mãe precursor de massa cozida de baixa pureza é um 
indicativo da eficiência de recuperação da sacarose obtida no processo. A redução máxima 
possível na pureza é representada pela diferença entre a pureza da massa cozida e a pureza 
esperada, que é a pureza do melaço exaurido ao máximo. O total de redução de pureza, 
obtida em condições práticas dentro do cozedor, é da ordem de 60 a 75%. O restante (25 a 
40%) ocorre nos cristalizadores. 
 
 
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Figura 8.3. Sistema de reaquecimento da massa cozida empregado na África do Sul. 
 
8.2. MODELOS DE CRISTALIZADORES EMPREGADOS EM USINAS DE 
AÇÚCAR 
 
8.2.1. Cristalizador comum 
 
 Trata-se de equipamento envolvido por chapa com seção vertical em forma de U. O 
mesmo é constituído por um agitador que permite manter a massa em movimento lento e 
contínuo. Em média, a velocidade de rotação da hélice varia de 0,5 a 0,67 rpm. 
 A potência necessária para fazer girar o cristalizador depende da velocidade de 
rotação e para um cristalizador comum com 0,5 rpm é necessário 0,3 CV m
-3
 de massa 
cozida. 
 A capacidade unitária dos cristalizadores deve ser estabelecida em função da 
capacidade dos cozedores. Contudo, não se deve misturar num mesmo cristalizador cristais 
de 2 cozedores e descarregar uma massa cozida quente num cristalizador parcialmente 
ocupado com uma massa cozida já esfriada. Geralmente os cristalizadores possuem uma 
capacidade unitária equivalente a 15 a 20% da capacidade dos cozedores aos quais estão 
ligados. 
 
Figura 8.4. Cristalizador comum. 
 
 
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8..2.2. Cristalizador com hélice dupla 
 
 São equipamentos de construção idêntica aos cristalizadores comuns. Contudo, 
apresentam 2 eixos e 2 hélices, que se movem em sentido contrário e são acionados pela 
mesma rosca tangencial. São mais estreitos em relação ao seu volume, apresentando assim 
uma superfície de esfriamento maior, pois a hélice superior expõe ao ar películas finas de 
massa cozida, apressando seu esfriamento. Com esse sistema há diminuição do tempo de 
esfriamento em 50% em relação aos cristalizadores comuns. 
 
 
Figura 8.5. Cristalizador de dupla hélice. 
 
 
8.2.3. Cristalizador Ragot 
 
 São cristalizadores cuja estrutura constituída pela paleta da hélice foi substituída por 
uma serpentina percorrida internamente por água. Esse sistema apresenta as vantagens de 
proporcionar um esfriamento mais rápido e possibilitar a realização do aquecimento da 
massa antes da realização centrifugação através da substituição da água fria por água 
quente. 
 
8.2.4. Cristalizadores com circulação de água 
 
 Em sua grande maioria, são fabricados com alimentação de água fria e a expulsão 
de água quente sendo realizada através do eixo. A entrada e saída das águas (quente e fria) 
são efetuadas pelo mesmo lado. Esses cristalizadores possibilitam o resfriamento de forma 
semelhante aos cristalizadores comuns, porém em tempos menores. Em média esses 
equipamentos necessitam de 16 a 18 horas para completar o resfriamento das massas 
cozidas, em comparação a 2 a 3 dias requeridos pelos cristalizadores comuns. Assim, tem-
se uma grande economia de espaço nas usinas. 
 Nesses equipamentos a velocidade de esfriamento varia de acordo com o desejável, 
porém aconselha-se a não esfriar a massa cozida após ser colocada no cristalizador, sendo 
recomendável cristalizar durante 1,5 horas antes de fazer circular a água de esfriamento, 
visando evitar a formação de cristais desuniformes. 
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8.2.5. Cristalizadores WERKSPOOR 
 
 São cristalizadores que possuem linhas externas muito semelhantes aos 
cristalizadores comuns. Porém, internamente, ao invés de hélices tem-se discos com seção 
aberta de 45
º
. Os eixos e os discos são ocos, o que permite a circulação de água. A massa 
cozida é introduzida de modo contínuo na extremidade do comando do movimento do eixo 
do cristalizador, sendo a massa deslocada pela força de gravidade entre os discos. 
 Sua vantagens está no fato de que a massa cozida ao chegar, só entra em contato 
com a água já aquecida, de tal forma que em cada ponto a temperatura da água é 
progressivamente diminuída na mesma proporção do esfriamento da massa cozida. Dessa 
forma, são eliminados os riscos de formação de cristais desuniformes. Esse sistema de 
cristalizador apresenta também como vantagem o poder de manipular massas cozidas muito 
densas com uma potência 50% menor, quando comparadas aos cristalizadores dotados de 
tubos de circulação de água fria. 
 A superfície de esfriamento deve ser proporcional à quantidade de massa cozida a 
ser esfriada por hora, dependendo também da temperatura da massa cozida no momento do 
descarregamento, da temperatura da água fria disponível, do esfriamento desejado, etc. 
 
 
 
Figura 8.6. Disco Werkspoor. 
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Figura 8.7. Vista lateral do sistema de circulação de 
água e curvas de temperatura de um Werkspoor. 
 
 
8.2.6. Cristalizador de estocagem 
 
 Apresenta entrada de massa cozida contínua e, como os cozedores, operam em 
sistema de bateladas, o que torna necessário a disposição de um recipiente intermediário de 
massa cozida entre os cozedores e o cristalizador. 
 
8.2.7. Cristalizador LAFEWILLE 
 
 Pode ser considerado tanto como cozedor como cristalizador. Trata-se de cilindro 
que se movimento em torno do seu próprio eixo sobre roldanas, que se movimentam sobre 
2 trilhos de rolamento. É possível estabelecer o vácuo em seu interior, introduzir a massa 
cozida, méis, água e vapor. Todas as conexões se efetuam pelo eixo: vácuo, massa cozida e 
méis por um lado. E vapor, água e gases incondensáveis pelo outro lado. No seu interior 
são instalados tubos paralelos ao eixo, sendo esses percorridos por vapor ou água. 
 O aparelho é carregado até 75% do volume interno disponível. O movimento de 
rotação que se lhe imprime provoca agitação e cristalização da massa. Possui, em média, 
diâmetro de 2 metros e de comprimento variável. Sua velocidade de rotação é de 1 rpm 
quando utilizado como cozedor e 0,25 rpm quando é utilizado como cristalizador, sendo 
que sua potência sua potência de giro varia de 4 a 8 CV. 
 Calcula-se que a duração de cozimento situe-se próximo a 6 horas para massas de 
altas purezas, e de 12 a 18 horas para massas de baixa pureza. 
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 Como vantagens do sistema pode-se mencionar a menor necessidade de espaço e de 
pressão hidrostática a qual é necessária num valor mínimo. Sua principal desvantagem é de 
ser um aparelho de difícil utilização,principalmente como cozedor, exigindo maior grau de 
especialização do operador, sendo este o principal motivo da sua não difusão. 
 
 
 
Figura 8.9. vista geral da fabricação de 
açúcar. Cozedores, Cristalizadores e 
Centrífugas de açúcar. 
 
 
Figura 8.10. Detalhe do sistema de agitação da massa cozida com 
circulação interna de água fria.