(19) REPUBLICA DE CUBA

(11) No de publicación: CU 22677 A3 (21) No. de solicitud : 1997/118 (51) Int. Cl7:

C13D 1/02,C13D 1/04

Oficina Cubana de la Propiedad Industrial

Certificado de Patente de Invención

(12)

(71) Solicitantes: Tosio, Christopher Thomas (ZA) (22) Fecha de presentación: 1997.10.20 (30) Prioridad:

1996.10.18 ZA 96/8799

(72) Inventor/es: Tosio, Christopher Thomas (ZA)

(45) Fecha de publicación: 2001.11.16 (73) Titular: Tosio, Christopher Thomas ,domiciliado en 29 Shepherd Avenue, Bryanston, Ext 5, Randburg, 2194, Sudáfrica; (ZA)

(74) Agente:

Moreno Samper, Olga Lidia ; (CU)

(54) Título: APARATO DE DIFUSIÓN PARA LA EXTRACCIÓN DE AZÚCAR (57) Resumen: Un aparato de difusión 10 para la extracción del jugo de caña de azúcar, utilizando caña "preparada", está compuesto por un tanque de lixiviación 12, un tanque de difusión 16 que contiene agua de imbibición 18 y un transportador para trasladar la caña de azúcar desde el tanque de lixiviación 12 a lo largo de un conducto en forma de serpentín hacia el tanque de difusión 16. El tanque de difusión 16 posee un extremo posterior 20, un extremo anterior 20, dos lados separados entre sí y una base 24. El tanque de difusión 16 está constituido por un conjunto de varios tabiques divisorios separados entre sí, situados en posición vertical 26, cuya altura disminuye de forma escalonada desde el extremo posterior 20 del tanque de difusión hasta el extremo anterior del mismo. El agua de imbibición penetra al tanque de difusión 16 por su extremo posterior y va cayendo en forma de cascada hacia el extremo anterior. La caña de azúcar es transportada a través del tanque de difusión 16 a todo lo largo del conducto en forma de serpentín, en bandejas de apoyo 34, movidas por una estera de cadenas 30, en contra del flujo del agua de imbibición 18 que pasa por el tanque 16.

MEMORIA DESCRIPTIVA 1997/118

APARATO DE DIFUSIÓN PARA LA EXTRACCIÓN DE AZÚCAR La presente invención consiste en un aparato de difusión. Consiste, en particular, en un aparato de difusión para la extracción del jugo de la caña de azúcar, utilizando caña "preparada". La difusión constituye una alternativa en las grandes moliendas como método de extracción del jugo de la caña de azúcar utilizando caña preparada. Al igual que en el proceso de molienda, en el proceso de difusión seañade agua de "imbibición" para ayudar a la extracción del jugo de la caña. En esencia, el agua corre contracorriente respecto a las fibras de la caña con fin de optimizar la extracción del jugo de la misma. El paso previo, tanto de la molienda como de los procesos de extracción por difusión, es la "preparación" de la caña de azúcar, lo cual se realiza cortando o partiendo en pedazos el tallo de la caña a fin de exponer las células que contienen el jugo. En este respecto, el término "índice de preparación" (I.P.) se utiliza con frecuencia en la industria azucarera para describir una escala que define en qué medida la caña debe ser cortada y/o partida en pedazos En esta escala, un alto índice de preparación indica alto número de células expuestas. El proceso de difusión que se utiliza en la extracción del jugo de la caña de azúcar es bien conocido, y consiste en lavar la caña de azúcar "preparada" repetidas veces con agua de imbibición caliente. La extracción del jugo de la caña de azúcar en un aparato de difusión ocurre, en parte, por la acción física del lavado repetido de la caña de azúcar preparada y de escurrir, cada vez, el agua resultante de dicho lavado y, en parte, como resultado del proceso de ósmosis. Los difusores están diseñados para extraer el jugo de la caña de azúcar ya sea de caña de azúcar preparada (en cuyo caso se le denomina difusor de "caña") o de caña que haya sido pasada una vez por un molino (en cuyo caso se le denomina difusor de "bagazo"). A los fines de la presente solicitud de patente, no se establecerá diferencias entre la difusión de caña y la difusión de bagazo. El difusor de caña más exitoso, entre los conocidos, es el difusor "egipcio" (también llamado difusor "de panera"). Este tipo de difusor se utiliza corrientemente en la industria azucarera sudafricana, la cual posee el nivel más alto de extracción de sacarosa en todo el mundo. Y esto ha sido el resultado, en gran medida, de haber cambiado, en la mayoría de sus centrales azucareros, la utilización de la molienda por la extracción por difusión. A pesar de los altos niveles de extracción obtenidos, el difusor egipcio presenta varias desventajas:

a) Los difusores egipcios presentan grandes dimensiones (65 metros de longitud, por lo general), lo cual hace costosa su construcción. El ancho del difusor es proporcional al rendimiento del mismo, teniendo, por lo tanto, generalmente entre 4 y 12 metros de ancho. b) En un difusor egipcio, la caña preparada es transportada lentamente sobre una superficie perforada a una profundidad de 1,4 a 1,8 metros, por lo regular, con la cual se expone repetidas veces a la acción de lavado del agua de imbibición. De esta forma, el difusor egipcio tiene varias bombas de estapas, tuberías y distribuidores para hacer recircular la mezcla de agua y jugo percolándolo a través de la capa de caña preparada. c) Si se instala un difusor egipcio en un central en funcionamiento, estas se sitúan, generalmente, a cierta distancia del equipo de preparación inicial y del equipo de procesamiento final y como resultado se necesitan transportadores largos y costosos para alimentar el difusor y para transportar la fibra residual. d) Si el índice de preparaci6n de la caña es relativamente elevado (> 93%, por lo general) los finos hilos que componen la fibra de la caña tienden a "obstruir" la percolación a través la capa de caña preparada, lo cual provoca un aumento en el nivel de líquido en la superficie de la capa de caña, trayendo como resultado un nivel deficiente de extracción. Esto generalmente se resuelve instalando tornillos elevadores para interrumpir la capa de caña en dos o tres lugares a todo lo largo del difusor. Sin embargo, dichos tornillos elevadores pueden traer muchos problemas y se sabe que provocan muchas interrupciones. e) Los difusores egipcios deben mantenerse bajo un control regular para garantizar su óptimo funcionamiento. f) Los difusores egipcios, al igual que otros difusores conocidos, requieren de índices relativamente elevados de imbibición (del 350 al 400% del índice de flujo de la fibra, por lo general). Como consecuencia, esto requiere de una elevada capacidad de evaporación en la fase final del procesamiento y aumenta la demanda de vapor procedente de las calderas. Esto puede acarrear vapor procedente de las calderas. Esto puede acarrear serios problemas financieros cuando se instalan en centrales existentes que por lo general utilizan niveles bajos de imbibición (100 - 200% de imbibición de las fibras). En lo adelante, al hablar de caña de azúcar debe interpretarse que se incluye a la remolacha de azúcar. Además, cuando en lo adelante nos refiramos a caña preparada debe interpretarse como caña de azúcar que ha sido preparada cortando y/o partiendo en pedazos el tallo de la caña, en el caso de la caña; o como remolacha de azúcar cortada en rodajas, en el caso de la remolacha. Uno de los objetivos de esta innovación es ofrecer un aparato de difusión que elimine o evite las desventajas del Difusor Egipcio. Esta invención ofrece un aparato de difusión que incluye: un tanque de difusión que contiene agua de imbibición, un extremo operativo anterior, un extremo operativo posterior, dos lados separados entre sí que se extienden entre los mencionados extremos anterior y posterior, y una base. El tanque de difusión está constituido por un conjunto de varios tabiques divisorios

separados entre sí, situados en posición vertical entre los extremos anterior y posterior del tanque de difusión, y que se extienden a los lados del mismo. En cada uno de los tabiques divisorios se define un extremo operativo superior y otro inferior, quedando este último separado de la base del tanque de difusión y dispositivos transportadores para trasladar la caña preparada desde el extremo anterior del tanque de difusión hasta el extremo posterior del mismo, pasando por un conducto en forma de serpentín dentro del cual la caña preparada es transportada por entre los espacios existentes entre un tabique divisorio y el adyacente, dentro del tanque de difusión. Los tabiques divisorios pueden estar configurados de forma tal que su altura disminuya en forma escalonada hacia el extremo anterior del tanque de difusión, lo cual permite que el agua que penetra por la parte posterior del tanque de difusión caiga, durante el proceso, en forma de cascada hacia su extremo anterior. Esto significa que el agua de imbibición fluye en dirección opuesta a la dirección en la cual la caña preparada es transportada. El flujo contracorriente del agua de imbibición provee las condiciones óptimas para la extracción del jugo de la caña de azúcar. En contraste con el difusor egipcio, en particular, en nuestro difusor ha sido eliminado el uso de bombas de etapas como las utilizadas en ese tipo de difusores con el fin de provocar que el agua de imbibición fluya contracorriente por la caña preparada. Los dispositivos transportadores pueden estar constituidos por una cadena continua sobre la cual se apoyan varios elementos de sostén que transportan la caña preparada. La cadena recorre todo el conducto en forma de serpentín, por entre los tabiques divisorios del tanque de difusión, y está acoplada a ruedas dentadas que se encuentran situadas en ambos extremos de cada tabique divisorio. Los elementos de sostén pueden tener la forma de bandejas perforadas, configuradas de forma tal que permitan su desplazamiento deslizante, en forma horizontal, entre un tabique divisorio y el adyacente, a todo lo largo del conducto en forma de serpentín. Además, los dispositivos transportadores incluyen dispositivos de desplazamiento ubicados por encima de los tabiques divisorios que voltean cada una de las bandejas de sostén al llegar a los extremos superiores de dichos tabiques, con lo cual la caña preparada que se encuentra en una bandeja de sostén determinada es depositada en la bandeja que le precede. En este proceso, el hecho de que la caña preparada sea volteada al llegar a los extremos superiores de los tabiques divisorios evita toda posibilidad de que los finos hilos que componen la fibra de la caña se acumulen entre las fibras mayores y afecten así la percolación del agua de imbibición a través de las bandejas de sostén perforadas. El aparato de difusión puede incluir un tanque de lixiviación independiente en el cual se puede verter la caña preparada antes de que penetre al tanque de difusión. Este tanque de lixiviación incluye accesorios de calentamiento para calentar el líquido que se encuentra en el interior del mismo y provocar con ello un impacto sobre las células que contienen el jugo de la caña preparada a fin de lograr la apertura de las fibras, lo cual trae consigo una mayor eficacia en la extracción del jugo.

En otro diseño de la presente innovación, el tanque de difusión puede incluir accesorios de calentamiento en su extremo anterior para provocar el descrito impacto sobre la caña preparada en cuanto entra al tanque de difusión. En este diseño no se necesita un tanque de lixiviación independiente como el ya descrito. Otras características del aparato de difusión al que se refiere esta innovación se describen más adelante en una muestra no exhaustiva del mismo representada en los diagramas que se adjuntan. En dichos diagramas: La Figura 1 muestra una representación esquemática del alzado lateral del aparato de difusión al que se refiere esta innovación; y La Figura 2 muestra una vista esquemática de un extremo del aparato de difusión representado en la Figura 1, en un corte imaginario hecho a lo largo de la línea Y-Y de la Figura 1. Con respecto a los esquemas, el aparato de difusión al que se hace referencia en este trabajo se designa, generalmente, con el número de referencia 10. El aparato de difusión 10 es un difusor de caña y está formado por un tanque de lixiviación 12, un tanque de difusión 16 que contiene agua de imbibición 18, y accesorios transportadores para transportar la caña preparada desde el tanque de lixiviación 12 hasta el tanque de difusión 16 y a lo largo de un conducto predeterminado ubicado dentro del tanque de difusión 16. La caña preparada se introduce al tanque de lixiviación 12 a través de una canal 14 y de allí es transportada hacia el tanque de difusión 16 por medio de los dispositivos transportadores. En el tanque de difusión 16 se define un extremo operativo posterior 20, un extremo operativo anterior 22, dos lados separados entre sí que se extienden entre los extremos anterior y posterior, y una base 24. El tanque de difusión 16 está constituido por un conjunto de varios tabiques divisorios separados entre sí, situados en posición vertical 26, que se extienden desde el extremo anterior hasta el extremo posterior del mismo. En cada uno de los tabiques divisorios se define un extremo superior y otro inferior, quedando este último separado de la base 24 del tanque. El agua de imbibición que penetra al tanque 16 por su extremo posterior es caliente (generalmente a una temperatura superior a los 900C). Asimismo, el líquido que se encuentra dentro del tanque de lixiviación 12 es calentado para provocar un "impacto" en las células que contienen el jugo de la caña preparada que penetra al tanque de lixiviación. Este llamado “impacto" de las células que contienen el jugo de la caña tiene como objetivo provocar la apertura de la fibras de la caña preparada para de esta forma hacer más eficaz la extracción del jugo. El calentamiento del líquido que se encuentra dentro del tanque de lixiviación 12 es sustancialmente convencional y habitualmente comprende el calentamiento del líquido por medio de una inyección directa de vapor procesado hacia el interior del tanque de lixiviación a través de los llamados tubos rociadores. De forma alternativa, el calentamiento puede lograrse utilizando calentadores convencionales. La selección de la forma

de calentamiento dependerá de la disponibilidad de vapor que exista en el central donde se instale el aparato de difusión 10. Los dispositivos transportadores están formados por un par de cadenas continuas 30 que se apoyan y son movidas por varias ruedas dentadas 32 situadas en ambos extremos de los tabiques divisorios. Las cadenas 30 tienen un recorrido continuo desde el tanque de lixiviación 12 hasta el tanque de difusión y continúan su paso a través del tanque de difusión. Más específicamente, las cadenas 30 tienen un recorrido continuo a lo largo de un conducto en forma de serpentín por los espacios que se definen entre un tabique divisorio y el adyacente 26, desde su punto de entrada por el extremo anterior 22 del tanque de difusión 16 hasta su salida por el extremo posterior 20 del mismo. Las cadenas transportan varios elementos de sostén que tienen forma de bandejas de apoyo perforadas 34, sobre las cuales la cana preparada es transportada (en la Figura 1 de los diagramas, las bandejas de apoyo 34 aparecen representadas en toda la extensión del conducto “bañado”, del aparato de difusión y la línea de retorno de las cadenas se representa por líneas en forma de pequeños círculos simulando eslabones entrelazados). Más específicamente, las bandejas de apoyo 34 están configuradas de forma tal que permitan el desplazamiento deslizante de las bandejas, en forma horizontal, entre un tabique divisorio y el adyacente, a todo lo largo del mencionado conducto en forma de serpentín. La caña preparada es trasladada por las cadenas 30 hacia el tanque de difusión 16 a través de una rampa 31 que posee una criba 33 que permite que el exceso de líquido de la caña sea devuelto al tanque de lixiviación 12. El aparato de difusión 10 incluye un conjunto de elementos guía 25, situados en posición vertical, por encima de cada uno de los tabiques divisorios 26, cuya funci6n es guiar las bandejas de apoyo 34 en su recorrido por el conducto en forma de serpentín inmediatamente después de salir del agua de imbibición 18 contenida en el tanque 16. La forma en que las bandejas de apoyo 34 se conectan a las cadenas 30 facilita que cada una de dichas bandejas sea volteada, al llegar al punto más alto de su recorrido, cuando pasa por un elemento guía en particular 25; lo cual hace que la caña preparada transportada en dicha bandeja de apoyo sea volteada y depositada sobre la bandeja de apoyo precedente. Más específicamente, el aparato de difusión 10 posee una formación de retén (no se muestra) localizada cerca del extremo superior de cada uno de los elementos guía 25, con la cual hacen contacto las regiones laterales de las bandejas de apoyo 34, al acercarse al punto más elevado de su recorrido, y esto provoca que la bandeja de apoyo se voltee. Durante el proceso, el hecho de voltear la caña preparada al llegar a los extremos superiores de los tabiques divisorios, elimina toda posibilidad de que los finos hilos que componen las fibras de la caña se acumulen entre las fibras más gruesas y afecten de esta manera la percolación del agua de imbibición a través de la masa de fibras. Los tabiques divisorios 26 presentan una configuración en la cual la altura de los mismos va disminuyendo de forma escalonada desde el extremo posterior hasta el extremo anterior del tanque de difusión 16. Esta diferencia de altura entre los

tabiques divisorios permite que el agua de imbibición 10, que penetra al tanque de difusión 16 por su extremo posterior, caiga en forma de cascada hacia el extremo anterior del mismo. Esto provoca que el agua de imbibición fluya dentro del tanque de difusión en dirección opuesta a la dirección en que la caña preparada es transportada. Este contraflujo del agua de imbibición dentro del tanque de difusión 16 ofrece condiciones óptimas para la extracción del jugo de la caña de azúcar. Asimismo, el hecho de que el agua de imbibición y la caña preparada viajen en direcciones opuestas provoca un aumento en la velocidad de gasto del flujo del agua de imbibición en relación con el de la caña preparada, lo cual favorece la extracción del jugo de la caña. El jugo de la caña es sacado del tanque de difusión 16 y transferido, a través de una tubería 37, hacia la planta de procesamiento. En aras de lograr un adecuado acabado en el proceso, después de pasar por el tanque de difusión 16, la caña preparada es transferida por medio de un canal hacia un aparato desaguador 38, constituido por un par de tambores giratorios perforados 40. Seguidamente, el material residual (llamado "megazo") es transferido, a través de una canal 42, hacia un molino de secado, que se designa en el diagrama con el número 44. El jugo extraído por el aparato desaguador 38 es bombeado hacia el tanque de difusión 16 por medio de una bomba 46, a través de un conducto 48. De este modo, no se necesita transportadores para transferir el megazo hacia el molino de secado. Una ventaja que ofrece el aparato de difusión 10 es que su construcción resulta menos costosa que el difusor egipcio dado que es considerablemente más pequeño y más estrecho, a pesar de tener igual rendimiento que éste. Siendo así, el Peticionario considera que el aparato de difusión típico al que se refiere esta innovación no tendrá más de 25 metros de longitud (en comparación con el difusor egipcio, que posee 65 metros de longitud). Otra ventaja del aparato de difusión al que se refiere esta innovación es que, dado su menor tamaño, el Peticionario considera que podrá ser ubicado entre los equipos utilizados para la preparación de la caña y los molinos de secado, eliminando así la necesidad de transportadores adicionales que entren o salgan del aparato de difusión. Como resultado del contraflujo del agua de imbibición, creado por la configuración escalonada de los tabiques divisorios para hacer que el agua de imbibición caiga en forma de cascada desde el extremo posterior del tanque de difusión hacia el extremo anterior del mismo, no se necesitan bombas de etapas como es el caso, por ejemplo, del difusor egipcio. Un alto índice de preparación de la caña preparada no presentará problemas en el proceso de difusión en el que se utilice el aparato de difusión al que se refiere esta innovación, porque la caña preparada que es transportada sobre las bandejas 34 es volteada a intervalos regulares a medida que la caña preparada es transportada por el conducto en forma de serpentín dentro del tanque 16. De esta

forma, el aparato de difusión 10 no necesita un monitoreo periódico una vez establecidas las condiciones óptimas de funcionamiento del mismo. Uno de los beneficios del aparato de difusión 10 es que la energía total requerida se calcula por debajo del 20% de la requerida por un difusor egipcio equivalente, dado que se ha eliminado la necesidad de utilizar bombas de etapas y tornillos elevadores y se utilizan accionamientos menos pesados. Otro de los beneficios del aparato de difusión 10 está relacionado con el drenaje del agua de imbibición y del jugo de la caña de azúcar preparada. Durante el proceso de difusión existen varios períodos de "drenaje" en los cuales la caña preparada que es sacada del agua de imbibición es vuelta a introducir en la misma en la "etapa" siguiente a medida que es transportada por el interior del conducto en forma de serpentín en el aparato de difusión. La repetición de los procesos de lavado y drenaje conlleva a un aumento en la eficacia de extracción del aparato de drenaje. El Peticionario considera que el aparato de difusión 10 no requerirá el mismo nivel de imbibición que los otros difusores conocidos y que facilitará una extracción excelente con un nivel de imbibición de las fibras de un 200 a un 250%. El Peticionario considera, además, que los centrales azucareros que poseen tándems de molienda y evaporadores pequeños no tendrán que hacerle grandes cambios a sus equipos de procesamiento para incorporar el aparato de difusión al proceso de extracción del jugo de la caña de azúcar. Debe señalarse, además, que el aparato de difusión 10 puede utilizarse también para la extracción del jugo de la remolacha de azúcar. En resumen, el Peticionario considera que el aparato de difusión al que se refiere la presente innovación representa un difusor eficiente y barato para la extracción del jugo de la caña de azúcar utilizando caña preparada.

REIVINDICACIONES 1. Un aparato de difusión caracterizado porque comprende: un tanque de difusión que contiene agua de imbibición, un extremo operativo anterior, un extremo operativo posterior, dos lados separados entre sí, que se extienden desde los mencionados extremos anterior y posterior, y una base, dicho tanque, de difusión que está constituido por un conjunto de varios tabiques divisorios separados entre sí, situados en posición vertical, que se extienden entre los extremos anterior y posterior del tanque de difusión por sus dos lados, en cada uno de los tabiques divisorios se define un extremo operativo superior y otro inferior, estando este último separado de la base del tanque de difusión, y dispositivos transportadores para trasladar la caña preparada desde el extremo anterior del tanque de difusión hasta el extremo posterior del mismo, pasando por un conducto en forma de un serpentín dentro del cual la caña preparada es transportada por los espacios que se forman entre un tabique divisorio y el adyacente dentro del tanque de difusión. 2. Un aparato de difusión según la reivindicación 1 caracterizado porque los tabiques divisorios están configurados de forma tal que su altura disminuye en forma escalón da hacia el extremo anterior del tanque de dífusión, lo que permite que el agua de imbibición que penetra por la parte posterior del tanque de difusión caiga en forma de cascada hacia su extremo anterior, lo cual hace que el agua de imbibición fluya en dirección opuesta a la direcci6n en la cual la caña preparada es operativamente transportada. 3. Un aparato de difusión según las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado porque los dispositivos transportadores están constituidos por al menos una cadena continua con varios elementos de sostén conectados a la misma sobre los que se transporta la caña preparada, y cuya cadena continúa a todo lo largo del conducto en forma de serpentín, por entre los tabiques divisorios del tanque de división, acoplada a ruedas dentadas sobre las cuales descansa, las cuales se encuentran situadas en ambos extremos de cada tabique divisorio. 4. Un aparato de difusión según la reivindicación 3 caracterizado porque los dispositivos transportadores tiene la forma de bandejas de apoyo perforadas, configuradas de tal forma que permitan un desplazamiento deslizante en forma horizontal, entre un tabique divisorio y el adyacente dentro del tanque de difusión, a todo lo largo del conducto en forma de serpentín. 5. Un aparato de difusión según la reivindicación 4 caracterizado porque los dispositivos transportadores incluyen dispositivos de desplazamiento ubicados por encima de los tabiques divisorios para voltear cada una de las bandejas de sostén al llegar a los extremos superiores de los tabique divisorios, lo cual permite que la

caña preparada que se encuentra en una bandeja de sostén determinada sea depositada en la bandeja que le precede. 6. Un aparato de difusión según las reivindicaciones anteriores caracterizado porque incluye un tanque de lixiviación independiente en el cual se puede verter la caña preparada antes de que penetre al tanque de difusión. 7. Un aparato de difusión según la reivindicación 6 caracterizado porque el tanque de lixiviación incluye accesorios para el calentamiento del líquido contenido en dicho tanque con el fin de provocar un impacto sobre las células que contiene el jugo de la caña preparada y de lograr con ello la apertura de las fibras, para así elevar la eficacia del proceso de extracción del jugo. 8. Un aparato de difusión según las reivindicaciones de la 1 a la 6 caracterizado porque el tanque de difusión posee accesorios para el calentamiento localizados en su extremo anterior a fin de ejercer un impacto sobre la caña preparada en cuanto ésta entre al tanque de difusión y provocar, como resultado del mismo, la apertura de las fibras con lo cual se logra una mayor eficacia del proceso de extracción del jugo. 9. Un aparato de difusión que tiene básicamente las características descritas en las especificaciones que se refieren a los diagramas adjuntos, en los cuales se ilustra.

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