INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CAMPECHE

OBTENCION DE LA SACAROSA A PARTIR DEL JUGO DE LA CAÑA DE AZUCAR

QUÍMICA ORGÁNICA II

DANIEL ALEJANDRO POOT CENTENO

MARCO ANTONIO HIPÓLITO GUTIÉRREZ

JAIRO ALEXIS GUTIÉRREZ SARAO

ADRIANA MELLADO NOLASCO

ALICIA MARIBEL MONTEJO QUIAB

SAMUEL JESÚS DOMÍNGUEZ RAMÍREZ

San Francisco de Campeche, Camp a 21 de octubre de 2014

INTRODUCCIÓN

.

El presente trabajo que es un proyecto que tiene por tema principal la “obtención

de la sacarosa a partir del jugo de la caña de azúcar” se ha realizado con la

finalidad de obtener dicha sacarosa a través de un método adecuado que nos

permita deducir su eficiencia para obtenerla.

Sabemos que la azúcar es un complemento importante para nuestros alimentos y más aún para nuestro cuerpo, obviamente con una medida adecuada de consumo. Para ello se siguen diferentes métodos, pero el método a usar en este proyecto se basa en la cristalización el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina.

Las características de este método se basa en separar el componente de una solución líquida en este caso el jugo de la caña transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales, para ello se obtuvo la sacarosa cuando se filtra para eliminar las impurezas del jugo de la caña para que continuamente se le dé seguimiento al proceso por medio una evaporación directa, el cual consta de transferencia de calor de modo directo por medio de agitación continua para evitar que se caramelice la sacarosa y esto no permita formar los cristales.

En este proyecto se desarrolló paso a paso el método de la cristalización, así

como también incluye los ensayos y errores que se tienen en la fase de

experimentación.

MARCO CONCEPTUAL

Azúcar

Se denomina azúcar a la sacarosa, cuya fórmula química es C12H22O11, también

llamada (azúcar común).La sacarosa es un disacárido formado por una molécula

de glucosa y una de fructosa, que se obtiene principalmente de la caña de

azúcar o de la remolacha.

Etapas de producción a partir de la caña de azúcar

El procesamiento del azúcar se puede estructurar en las siguientes etapas:

Cosecha. Cortado y recolección de la caña de azúcar.

Almacenaje. Se determina la calidad, el contenido de sacarosa, fibra y nivel

de impurezas. La caña es pesada y lavada.

Picado de la caña. La caña es picada en máquinas especialmente

diseñadas para obtener pequeños trozos.

Molienda. Mediante presión se extrae el jugo de la caña. Se agrega agua

caliente para extraer el máximo de sacarosa que contiene el material

fibroso.

Clarificación y refinación. En la clarificación se eleva la temperatura del

jugo, se separa un jugo claro. Es posible también refinarlo y para ello se

agregan huesos o cal que ayuda a separar los compuestos insolubles.

También suele tratarse con dióxido de azufre gaseoso para blanquearlo. No

todo el azúcar de color blanco proviene de un proceso de refinado.

Evaporación. Se evapora el agua del jugo y se obtiene una meladura o

jarabe con una concentración aproximada de sólidos solubles del 55 % al

60 %. La meladura es purificada en un clarificador. La operación es similar

a la anterior para clarificar el jugo filtrado.

Cristalización. De la cristalización se obtienen los cristales (azúcar) y

líquido.

Centrifugado. Se separan los cristales del líquido.

Secado y enfriado. El azúcar húmedo es secada en secadoras de aire

caliente en contracorriente y luego enfriada en enfriadores de aire frío en

contracorriente.

Envasado. El azúcar seco y frío se empaca en sacos y está listo para su

venta.

¿Qué es un cristal? Un cristal es un cuerpo sólido que debido a su estructura

interna adopta naturalmente una configuración geométrica, limitada por caras

planas. ¿Cómo se puede conseguir un cristal? Mediante la cristalización, que

consiste en separar una substancia en forma sólida a partir de su disolución,

debido a sobrepasar la concentración de saturación de la misma.

La cristalización es un proceso donde se forman partículas sólidas a partir de una

fase homogénea. En la cristalización la solución se concentra y se enfría hasta

que la concentración del soluto es superior a su solubilidad a esta temperatura, el

soluto de la solución forma cristales y el equilibrio se alcanza cuando la solución

o licor madre está saturado. La solubilidad depende principalmente de la

temperatura, mientras que la presión tiene un efecto despreciable sobre ella.

La cristalización (o recristalización) es la técnica más simple y efectiva para la

purificación de sólidos y, como ya hemos visto, se basa en el hecho de que la

solubilidad de los compuestos varía con el disolvente y la temperatura.

 El modo más frecuente de realizar una cristalización consiste en preparar una

disolución saturada en caliente del sólido a purificar, utilizando un disolvente

adecuado; filtrar para eliminar las impurezas insolubles que se hallen presentes y

dejar que se separe por enfriamiento la sustancia que estaba disuelta, cristalizada

y en un mayor estado de pureza.

Consiste básicamente en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad

posible de un disolvente en caliente para obtener una disolución saturada que al

enfriar se sobresaturará separándose el sólido en forma de cristales.

Es muy importante que la disolución se enfríe lentamente para que las moléculas

se separen construyendo la red cristalina de forma ordenada y excluyendo la

participación de impurezas en el cristal. Si se enfría rápidamente pueden quedar

atrapadas impurezas.

Método de separación de sistemas materiales homogéneos

Permite separar sustancias que forman un sistema material homogéneo por

ejemplo: el agua potable es una solución formada por agua y sales disueltas en

ella. Los métodos más conocidos son: Evaporación o capitalización,

cromatografía, centrifugación y destilación. La operación de cristalización es el

proceso por medio del cual se separa un componente de una solución líquida

transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan. Es una

operación necesaria para todo producto químico que se presenta comercialmente

en forma de polvos o cristales, ya sea el azúcar o sacarosa, la sal común o cloruro

de sodio.

Enfriamiento de una disolución concentrada

Si se prepara una disolución concentrada a altas temperaturas y se enfría, se

forma una disolución sobre saturada, que es aquella que tiene,

momentáneamente, más soluto disuelto que el admisible por la disolución a esa

temperatura en condiciones de equilibrio. Posteriormente, se puede conseguir que

la disolución cristalice mediante un enfriamiento controlado. Esencialmente

cristaliza el compuesto principal, y las que se enriquecen con las impurezas

presentes en la mezcla inicial al no alcanzar su límite de solubilidad.

Cambio de disolvente

Preparando una disolución concentrada de un sustancia en un buen disolvente y

añadiendo un disolvente peor que es miscible con el primero, el principal del sólido

disuelto empieza a precipitar, y las aguas madres se enriquecen relativamente en

las impurezas.

Tipo de cristales

Un cristal puede ser definido como un sólido compuesto de átomos arreglados en

orden, en un modelo de tipo repetitivo. La distancia interatómica en un cristal de

cualquier material definido es constante y es una característica del material.

Debido a que el patrón o arreglo de los átomos es repetido en todas direcciones,

existen restricciones definidas en el tipo de simetría que el cristal posee.

La forma geométrica de los cristales es una de las características de cada sal pura

o compuesto químico, por lo que la ciencia que estudia los cristales en general, la

cristalografía, los ha clasificado en siete sistemas universales de cristalización:

Sistema Cúbico

Las sustancias que cristalizan bajo este sistema forman cristales de forma cúbica,

los cuales se pueden definir como cuerpos en el espacio que manifiestan tres ejes

en ángulo recto, con “segmentos”, “látices”, o aristas” de igual magnitud, que

forman seis caras o lados del cubo. A esta familia pertenecen los cristales de oro,

plata, diamante, cloruro de sodio, etc.

Sistema Tetragonal

Estos cristales forman cuerpos con tres ejes en el espacio en ángulo recto, con

dos de sus segmentos de igual magnitud, hexaedros con cuatro caras iguales,

representados por los cristales de óxido de estaño.

Sistema Ortorrómbico

Presentan tres ejes en ángulo recto pero ninguno de sus lados o segmentos son

iguales, formando hexaedros con tres pares de caras iguales pero diferentes entre

par y par, representados por los cristales de azufre, nitrato de potasio, sulfato de

bario, etc.

Sistema Monoclínico

Presentan tres ejes en el espacio, pero sólo dos en ángulo recto, con ningún

segmento igual, como es el caso del bórax y de la sacarosa.

Sistema Triclínico

Presentan tres ejes en el espacio, ninguno en ángulo recto, con ningún segmento

igual, formando cristales ahusados como agujas, como es el caso de la cafeína.

Sistema Hexagonal

Presentan cuatro ejes en el espacio, tres de los cuales son coplanarias en ángulo

de 60°, formando un hexágono bencénico y el cuarto en ángulo recto, como son

los cristales de zinc, cuarzo, magnesio, cadmio, etc.

Sistema Romboédrico

Presentan tres ejes de similar ángulo entre si, pero ninguno es recto, y segmentos

iguales, como son los cristales de arsénico, bismuto y carbonato de calcio y

mármol.

Importancia de la cristalización en la industria

En muchos casos, el producto que sale para la venta de una planta, tiene que

estar bajo la forma de cristales. Los cristales se han producido mediante diversos

métodos de cristalización que van desde los más sencillos que consisten en dejar

reposar recipientes que se llenan originalmente con soluciones calientes y

concentradas, hasta procesos continuos rigurosamente controlados y otros con

muchos pasos o etapas diseñados para proporcionar un producto que tenga

uniformidad en la forma, tamaño de la partícula, contenido de humedad y pureza.

Las demandas cada vez más crecientes de los clientes hacen que los

cristalizadores sencillos por lotes se estén retirando del uso, ya que las

especificaciones de los productos son cada vez más rígidas.

La cristalización es importante como proceso industrial por los diferentes

materiales que son y pueden ser comercializados en forma de cristales. Su

empleo tan difundido se debe probablemente a la gran pureza y la forma atractiva

del producto químico sólido, que se puede obtener a partir de soluciones

relativamente impuras en un solo paso de procesamiento. En términos de los

requerimientos de energía, la cristalización requiere mucho menos para la

separación que lo que requiere la destilación y otros métodos de purificación

utilizados comúnmente. Además se puede realizar a temperaturas relativamente

bajas y a una escala que varía desde unos cuantos gramos hasta miles de

toneladas diarias. La cristalización se puede realizar a partir de un vapor, una

fusión o una solución. La mayor parte de las aplicaciones industriales de la

operación incluyen la cristalización a partir de soluciones. Sin embargo, la

solidificación cristalina de los metales es básicamente un proceso de cristalización

y se ha desarrollado gran cantidad de teoría en relación con la cristalización de los

metales.

La cristalización consiste en la formación de partículas sólidas en el seno de una

fase homogénea.

Las partículas se pueden formar en una fase gaseosa como en el caso de la

nueve, mediante solidificación a partir de un líquido como en la congelación de

agua para formar hielo o en la manufactura de monocristales, o bien por

cristalización de soluciones líquidas.

Se puede decir que la cristalización es un arte, dando a entender que la realidad

técnica es sobrepasada en ocasiones por todos los factores empíricos que están

involucrados en la operación.

Estos sistemas geométricos son constantes para los cristales del mismo

compuesto químico, independientemente de su tamaño. Los cristales son la forma

más pura de la materia, su bien sucede que precipitan simultáneamente cristales

de varias sustancias formando soluciones sólidas de varios colores como son los

minerales como el mármol veteado, el jade, onix, turquesas, etc., en los cuales

cada color es de cristales de una sal diferente. Sin embargo cuando cristaliza

solamente un solo compuesto químico, los cristales son 100% puros.

Además de su forma geométrica, los cristales son caracterizados por su densidad,

su índice de refracción, color y dureza.

Destilación (Método por arrastre con vapor)

Información de arrastre de vapor

La destilación por arrastre con vapor es una técnica usada para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales inorgánicas, u otros compuestos orgánicos.

MaterialMatraz Erlenmeyer de 125 ml 1Matraz Erlenmeyer de 250 ml 1Refrigerante para agua c/mangueras

1

Equipo adecuado para arrastre con vapor (armado; tubos y tapones)

Lo adecuado

Vaso de pp. de 250 ml * 1Mechero con manguera 1Tela de alambre con asbestoSoporte universal 3Pinza de tres dedos con nuez 3

Método

Cuando se usa vapor saturado o sobrecalentado, generado fuera del equipo principal, ya sea por una caldera, una olla de presión o un matraz adecuado, esta técnica recibe el nombre de “destilación por arrastre con vapor”, propiamente dicha.

También se puede usar el llamado “método directo”, en el que el material está en

contacto íntimo con el agua generadora del vapor. En este caso, se ponen en el

recipiente el agua y el material a extraer aparte, se calientan a ebullición y el agua

extraída se va junto con el vapor de agua hacia un condensador, que enfría el

agua, la cual es separada posteriormente para Obtener el producto deseado el

producto deseado deberá quedar en el recipiente depositado el agua es el que

será extraído del producto. Este método es usado de preferencia cuando el

material a extraer es líquido o cuando se utiliza de forma esporádica.

Centrifugación (método de Centrifugado)

Los centrifugadores se encargan de la separación de las partículas mediante

fuerza de aceleración gravitacional que se logra gracias a una rotación rápida.

Este proceso puede provocar la sedimentación o suspensión de las partículas o

puede conseguir la fuerza necesaria para la filtración a través de algún tipo de

filtro. 

La aplicación más común es la separación de sustancias sólidas a partir de

suspensiones altamente concentrados.

Metodología

Se coloca la mezcla en tubos de ensayo,

en un aparato que la haga girar a velocidad

angular constante muy elevada.

Una vez está girando, la mezcla experimenta una aceleración centrípeta que

puede llegar a ser, en ultracentrifugadoras de laboratorio, unas 5.000.000 veces la

aceleración de la gravedad.

Esta fuerza empuja a sedimentar, a distinta velocidad, a las partículas de distinta

masa de la mezcla, creándose distintos estratos con las partículas de cada clase.

Evaporización (método de condensación)

La evaporación es un proceso físico que consiste en el pasaje lento y gradual de

un estado líquido hacia un estado más o menos gaseoso, en función de un

aumento natural o artificial de la temperatura, lo que produce influencia en el

movimiento de las moléculas, agitándolas. Con la intensificación del

desplazamiento, las partículas escapan hacia la atmósfera transformándose,

consecuentemente, en vapor.

Metodología

Consiste en que en una disolución que tiene agua

con algún sólido, para separar estas dos sustancias

lo que se puede hacer es utilizar el método de

separación por evaporación que consistirá en

calentar la disolución para que al agua se evapore y

así tengamos nuestro sólido libre de agua el cual se

dejara secar totalmente y así obtener nuestro

anualito.

OBJETIVOS

Objetivo General

- Obtener la sacarosa del jugo de la caña de azúcar.

Objetivos Específicos

- Conocer los métodos de cristalización.- Determinación del rendimiento de sacarosa a partir de la caña.

METODOLOGÍA Y MATERIALES

MATERIALES:

AQUÍ VAN LOS MATERIALES QUE SE USARON EN LA PRACTICA EN LA QUE SI OBTUVIMOS LOS RESULTADOS

EJEMPLO:

PLANCHA DE CALENTAMIENTO UNA CUCHARA ETCETERA

Y LUEGO VIENE EL PROCEDIMIENTO DE COMO LO HICIERON PASO A PASO:

1. PRIMERO SE MIDIO CUANTO DE CAÑA SE USO2. SE PESO LA CAÑA (DEN UN VALOR X AHÍ, MASOMENOS QUE SEA

REAL)3. SE PELO LA CAÑA Y VOLVIO A PESAR (INVENTEN OTRO PESO X QUE

SEA MASOMENOS REAL)4. SE METIO AL EXTRACTOR Y SE OBTUVO TANTO DE JUGO5. DE ESE JUGO SE UTILIZO TANTO ( EN ESTE CASO CREO FUERON DE

A 200 MILILITROS) PERO NOSE SI SOLAMENTE DE TODO EL JUGO SE USARON SOLO LOS 200 MILILITROS PARA LA PRACTICA

6. AQUÍ VIENE LA PARTE DE; SE COLOCO UNA OLLA O NOSE EN QUE INTRODUJERON EL JUGO DE LA CAÑA, SE CALENTO Y SE MOVIO CONTINUAMENTE PARA EVITAR QUE SE CARAMELICE

7. AL TERMINO SE DEJO SECAR Y BLA BLA BLA Y ASI

LOS OTROS SOLO VAN COMO TIPO COMENTARIOS EN LA PARTE DE EXPERIMENTACION QUE SON EL ENSAYO Y ERROR

Y AGREGAR ALGUNAS DE LAS IMÁGENES QUE TOMAMOS

Tercera Práctica

En la tercera práctica se realizó por evaporación directa del cual el resultado fue muy bueno ya que los cristales fueron visibles, este consistió en evaporar el jugo de caña y tener el jugo en constante movimiento para que no se caramelizara el azúcar.

El producto final fueron unos cristales visibles o solidos aparentes

Éxito: cristales formados (visibles)

EXPERIMENTACIÓN

ENSAYO Y ERROR

Centrifugado

El primero de centrifugación, resulto el primer trabajo realizado del cual se obtuvo un resultado muy regularmente bueno del que se pudo apreciar que el centrifugado funciono al aplicar, 5 mililitros de jugo de caña en el tubo de ensaye se colocó en la centrifugadora a 180 revoluciones por minuto del cual solo se pudo obtener una ramificaciones aproximadas a lo que dan estructuras a los cristales del azúcar.

Falla: obtuvo los cristales solios

Rectificación: las revoluciones por minuto debieron ser mayores de 180 como a 1800 revoluciones

Arrastre de vapor

En el segunda practica se realizó atreves de arrastre de vapor del cual se tuvo complicaciones ya que el equipo y material no era adecuado y hubo falta del mismo donde se usaron otros matraces y por falta de gas se usó parrilla eléctrica.

La práctica se realizó con el material que se tenía al alcance y se pudo observar que el vapor no arrastraba el agua que se encontraba en el jugo de caña y este se fue condensando dentro del mismo provocando que el agua quedara dentro del jugo de caña.

Falla: no se obtuvo cristales

Rectificación: la falla fue provocada porque lo conductos que llevarían al vapor de agua hacia el exterior eran muy largos provocando que se condense el agua y esta se introdujera a nuestro analito.

CONCLUSIÓN

Esta práctica nos ha llevado a saber que un cristal se forma por una saturación del producto. Y que así, cuando llega a su temperatura natural, las partículas se ven obligadas a juntarse. Si se enfría lentamente, los cristales son de mayor tamaño porque sus partículas se organizan lentamente, si por el contrario ocurre de manera rápida, las partículas que componen el cristal no tienen tiempo de organizarse y dan lugar a cristales más inestables y de menor tamaño.

REFERENCIAS

•Domínguez, X. A. y Domínguez S., X. A., Química Orgánica Experimental. Limusa-Noriega, México, 1990.

• Pavia, D. L., Lampman, G. M., and Kriz, G. S., Introduction to Organic Laboratory Techniques. Saunders College, Fort worth, 1988.

• Moore, J. A. and Dalrymple D. L. Experimental Methods in Organic Chemistry. W. B. Saunders, (USA), 1976.

• Ávila, Z. G. et al. Química Orgánica, Experimentos con un enfoque ecológico, Dirección General de Publicaciones y Fomento Editorial,

UNAM, México, 2001.