Carbonatação - Refinação

O açúcar bruto contém matéria insolúvel (bagacilho, areia, matéria coloidal) que não foi separada na Afinação. Assim, o licor de afinação tem uma turbidez elevada e é necessário efetuar uma clarificação antes da descoloração e cristalização.
No processo da Carbonatação forma-se um precipitado de carbonato de cálcio pela reação do CaO e o CO₂. Durante a  formação do carbonato de cálcio há co-precipitação de alguns compsotos de altopeso molecular e agregação de sólidos em suspensão no licor que serão remividos juntamente com o precipitado formado. A presença de iões de cálcio na superfície do precipitado pode levar à fixação de corantes aniónicos presentes no licor e que serão removidos.
No processo de Carbonatação, o licor de afinação é misturado com leite de cal (suspenção de hidróxido de cálcio em água ou em águas doces)), numa quantidade de cerca de 0,6% de CaO sobre a MS do licor.Esta quantidade pode variar com a qualidade do açúcar bruto. A presença de polisacarídeos pode diminuir a filtrabilidade do licor e a percentagem de CaO pode aumentar até 0.8%.
A mistura de licor e cal é então feita reagir com  gás CO₂. Este gás é obtido da exaustão das caldiras geradoras de vapor, depois de lavado e neutralisado.
O gás, contendo cerca de 9% de CO₂, reage com a cal em duas etapes, em contínuo, com um tempo total de reação de cerca de 60 minutos.
Quando a cal é adicionada ao licor o pH da solução aumenta para valores acima de 11. A eate pH as hexoses podem ser degradadas formando-se compostos corados denominados HADP (Hexoses Alkaline Degradation Products).
A fim de evitar a formação destes compostos, o tempo de contacto entre a cal e o licor, antes da reação com o gás, deve ser reduzido a 2 ou 3 minutos. Normalmente a adiçaõ de cal ao licor é feita em pequenos tanues com forte agitação.
 A reação do CO₂ nos reatores de carbonatação deve ser suficientemente rápida para diminuir a alcalinidade do licor. Por esta razão a carbonatação é executada em dois reatores. No primeiro reator o pH final do licor deve estar entre 8,2 e 8,5. Mesmo nestas condições observa-se uma destruição de 60% de invertidos do licor (Bento, 1999).

Esquema da Carbonatação

A utilização de hidróxido de cálcio na Carbonatação tem as seguintes funções:
- formar um precipitado de carbonato de cálcio que remove, depois de filtração,
           os sólidos em suspensão no licor;
- remover, por co-precipitação, alguns conpostos de alto peso molecular
           dissolvidos no licor;
- formar um auxiliar de filtração, o carbonato de cálcio, que, em algumas
           refinarias, é o único auxiliar de filtração usado na filtração da
          Carbonatação;
- neutralizar os ácidos orgânicos no licor;
- precipitar certos aniões como fosfatos, sulfatos, oxalatos; 
- remover alguns corantes aniónicos por ligação aos iões de cálcio na superfície
           do precipitado.

A lama resultante após a filtração do licor contém uma certa quantidade de sacarose que é necessário recuperar. Para tal é feita uma segunda filtração da suspensão das lamas num filtro de placas ou num filtro automático de mambranas. Nestes filtros a lama é comprimida entre as placas ou membranas e é lavada com água quente para extrais a maior parte da sacarose da lama.
Modernamente usam-se filtros de membranas automáticos que executam as duas funções, filtração da lama da carbonatação e desaçucaramento da lama obtida, no mesmo filtro.

A Carbonatação é um processo robusto e altamente eficiente. Este processo é uasdo em muitas refinarias e nalgumas fábricas de cana. Todas as refinarias de cana da Europa usam a Carbonatação. Na indústria da beterraba a Carbonatação é o único processo de clarificação usado.

 As vantagens da Carbonatação, em comparação com a Fosfatação são:

- utilização de produtos químicos mais baratos;
- prococa a precipitação de compostos como sualfatos, fosfatos e ácidos orgânicos
   como o acido oxálico e aconítico que podem formar incrustações nos evaporadores;
- há destruição de açúcares invertidos provocando um aumento da pureza do licor;
- a alta alcalinidade atingida no início da Carbonatação provoca a hidrólise dos ácidos  fenólicos ligados por ligações ester a polisacarídeos. Isto provoca uma diminuição de afinidade, para os cristais de açúcar,  dos compostos fenólicos libertados. Observa-se que partindo de dois licores com a mesma cor, um clarificadopor Carbonatação e  outro por Fosfatação, o primeiro produz açúcar branco de menor cor.

Os inconvenientes da Carbonatação são:

- os gases das caldeiras devem ser lavados e neutralisados, provocando um grande consume de água originando uma grande quantidade de efluentes;
- os compressores de gás consomem grande quantidade de energia eléctrica;
- a filtração pode ser dificultada pela presença de compostos de alto peso molecular;
- há formação de cor devido à destruição de açúcares invertidos a alto pH;
- o licor carbonatado apresenta uma quantidade significativa de cálcio em solução, cerca de 400 ppm, o que é inconveniente para a descoloração por resinas (o cálcio forma complexos com os corantes em soluções alcalinas de sacarose (Bento, 1996) o que faz diminuir a eficiência da descoloração. Também, na evaporação o cálcio pode provocar incrustaçãoe e na cristalização os complexos calcio-corantes apresentam grande afinidade para os cristais de açúcar, aumentando a turbidez da solução do açúcar (Cosmeur e Mathlouthi, 1999).
- na Carbonatação, as cinzas são retornadas à Afinação através das águas doces  (James et al., 1986);
- a Carbonatação produz uma grande quantidade de resíduos sólidos (lamas).

Moodley et al., 2002, em testes laboratoriais, observaram que na Carbonatação 93% do amido contido no licor é removido. 

A Carbonatação remove 40 - 45% de cor, usando 0,9% de CaO. Precursores de flocos e polisacarídeos também sao removidos  
(Moodley et al. 2002).

Bibliografia

Bento L.S.M., 1996, Sugar colourants and ion exchange resins: Influence of
               calcium and sucrose in sugar colourants removal from ion exchange
resins, Proc. of S.P.R.I. Conf., 121-136
Bento L.S.M., 1999, Study of colour formation during Carbonatation in Cane
               Sugar Refining using GPC with a ELS detector, Proc. of A.V.H. Conf.
James A., M.A. Clarke, R.S. Blanco, Recycling of non-sugars in sugar refineries,
Proc. of S.I.T. Conf., 225- 252
Moodley M., P.M. Schorn, D. Walthew, 2002, Investigations into Carbonatation,
Proc. of S.I.T. Conf.

E 0018