شکر یکی از پرمصرفترین مواد غذایی در جهان است که عمدتاً از نیشکر و چغندر قند به دست میآید. تولید شکر با کیفیت بالا فرآیندی پیچیده است که شامل مراحل متعددی میشود: استخراج، شفافسازی، تبخیر، تبلور و تصفیه. در هر مرحله از فرآوری شکر، کیفیت و خلوص آب شکر باید دقیقاً کنترل شود. ناخالصیهای طبیعی، مانند ذرات کلوئیدی، پروتئینها، رنگدانهها و میکروارگانیسمها، میتوانند به طور جدی بر کارایی شفافسازی، فیلتراسیون و تبلور تأثیر بگذارند.
مواد شیمیایی نقش حیاتی در فرآیندهای مدرن تولید شکر ایفا میکنند. بدون کنترل شیمیایی مناسب، این ناخالصیها میتوانند باعث پوسته پوسته شدن، مشکلات رنگ و افت تولید شوند. مواد شیمیایی تولید شکر نه تنها باعث افزایش راندمان و تولید میشوند، بلکه کیفیت محصول را بهبود میبخشند، مصرف انرژی را کاهش میدهند و به کارخانهها کمک میکنند تا استانداردهای حفاظت از محیط زیست را رعایت کنند. این مواد شیمیایی میتوانند:
- بهبود راندمان شفافسازی و اثر جداسازی جامد-مایع.
- جلوگیری از رشد میکروارگانیسمها در آبمیوه و شربت.
- اثر رنگزدایی شکر دانهریز سفید با خلوص بالا را افزایش میدهد.
- تشکیل کف و رسوب گذاری را در اواپراتور و اواپراتور تحت خلاء کنترل کنید.
این مقاله، نیشکر را به عنوان نمونهای برای خلاصهسازی جامع فرآیند تولید شکر در نظر گرفته است. همچنین توضیح داده شده است که چگونه مواد شیمیایی مختلف - لختهسازها، ضدعفونیکنندهها، عوامل بیرنگکننده و کفزداها - در هر مرحله برای اطمینان از عملکرد روان و تولید شکر با کیفیت بالا استفاده میشوند.
فرآیند تولید شکر و کاربرد مواد شیمیایی
آماده سازی مواد اولیه
تولید شکر با برداشت و آمادهسازی مواد اولیه آغاز میشود. نیشکر شسته و خرد میشود تا خاک، سنگ و برگها از آن جدا شوند. در این مرحله، اگر عصاره برای مدت طولانی باقی بماند، میکروارگانیسمها شروع به رشد میکنند. برای کاهش بار میکروبی روی سطح مواد اولیه، جلوگیری از آلودگی یا فساد عصاره شکر در طول فرآیند قندسازی، گاهی اوقات مواد ضدعفونیکننده روی سطح نیشکر، آب انبار یا تجهیزات تمیزکننده اعمال میشود.
| نوع ضدعفونیکننده | غلظت توصیه شده | روش درخواست | توابع اصلی | موارد احتیاط | مزایا |
| هیپوکلریت سدیم (NaClO) | ۵۰ تا ۲۰۰ ppm کلر آزاد | اسپری کردن یا خیساندن سطح نیشکر به مدت ۵ تا ۱۰ دقیقه | استریلیزاسیون با طیف گسترده، بار میکروبی را کاهش میدهد | غلظت کنترل شده (معمولاً ۵۰ تا ۲۰۰ ppm کلر آزاد). از باقی ماندن بیش از حد کلر در آبمیوه خودداری کنید تا از مشکلات رنگ یا کریستالیزاسیون جلوگیری شود. در صورت نیاز، پس از استفاده آبکشی یا تخلیه کنید. | استریلیزاسیون با طیف گسترده؛ هزینه کم. |
| دی کلروایزوسیانورات سدیم (SDIC) | ۵۰ تا ۱۵۰ ppm کلر آزاد | اسپری کردن یا خیساندن سطح نیشکر به مدت ۵ تا ۱۰ دقیقه | پایداری بالا، راندمان استریلیزاسیون قوی | کلر آزاد را کنترل کنید تا از تبلور و رنگ آبمیوه جلوگیری شود. | پایدارتر از هیپوکلریت سدیم؛ راندمان بالا؛ کلر باقیمانده کنترل شده؛ به طور گسترده در محیطهای فرآوری مواد غذایی استفاده میشود. |
| پراکسید هیدروژن (H₂O₂) | ۰.۱٪–۰.۵٪ | به آب تمیزکننده یا اسپری سطحی اضافه میشود | استریلیزاسیون، بدون باقیمانده، سازگار با محیط زیست | غلظت کنترل؛ معمولاً برای عملیات سطحی 0.1 تا 0.5 درصد. در حین کار با احتیاط حمل شود. | بدون باقی مانده تجزیه میشود؛ ایمن و سازگار با محیط زیست. |
| آب گرم / بخار | آب گرم با دمای ۸۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد یا بخار با دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد | شستشو با آب داغ یا بخار به مدت ۲ تا ۵ دقیقه | استریلیزاسیون بدون افزودن مواد شیمیایی | مصرف انرژی بالا؛ نیاز به تجهیزات مناسب؛ رعایت نکات ایمنی. | بدون افزودنی شیمیایی؛ کاهش بقایای شیمیایی. |
| ضدعفونی آب برای تمیز کردن کارخانه/تاسیسات | SDIC، ۵۰–۱۰۰ ppm | تمیز کردن تجهیزات، وسایل نقلیه حمل و نقل | جلوگیری از آلودگی ثانویه | مرتباً کلر آزاد را تعویض و غلظت آن را کنترل کنید. | — |
تمرین توصیه شده
وقتی نیشکر وارد کارخانه میشود، ابتدا با آب تمیز شسته میشود تا خاک و ناخالصیهای آن از بین برود.
سپس، ضدعفونی سطح با اسپری کردن SDIC با غلظت کم یا هیپوکلریت سدیم مطابق با شرایط انجام میشود.
منابع آب و تجهیزات نظافت کارخانه قند نیز باید به طور منظم ضدعفونی شوند تا بهداشت کلی محیط تضمین شود.
استخراج آبمیوه
پس از مرحله اول تمیز کردن و ضدعفونی کردن. مرحله بعدی استخراج آب نیشکر است. این آب معمولاً توسط پرس مکانیکی یا سیستمهای انتشار استخراج میشود. این مرحله شامل شکستن ساختار سخت نیشکر و استخراج آب از آن است.
در بیشتر موارد، یک آبمیوهگیری نیشکر از سه آسیاب غلتکی به همراه یک خردکن یا تیغههای چرخان تشکیل شده است. پس از فرآوری نیشکر روی یک تسمه نقاله، برای استخراج آب بیشتر به تسمه نقاله دیگری منتقل میشود. با این حال، قبل از حمل و نقل، ابتدا آب پاشیده میشود تا آب بیشتری استخراج شود. باقیمانده پس از آبگیری، باگاس نامیده میشود.
آبمیوه حاوی ناخالصیهای محلول و معلق، از جمله الیاف گیاهی، پروتئینها و حتی ذرات خاک است که کاملاً شسته شدهاند. این ناخالصیها باید تصفیه شوند تا راندمان شفافسازی و تبلور بعدی افزایش یابد.
شفافسازی آب نیشکر
شفافسازی آبمیوه مهمترین مرحله در مراحل اولیه فرآیند تولید شکر است. هدف، حذف ناخالصیها (مانند خاک، پروتئین، کلوئید، اسید آلی و غیره) از آب نیشکر و بهبود خلوص آن است. بهطورکلی، فرآیند آهک، همراه با روش شناورسازی فسفر یا روش کربناسیون، اتخاذ میشود.
استفاده شیمیایی
آهک (CaO)/شیر آهک (Ca(OH)2)2) : مواد اسیدی را خنثی کرده و ناخالصی ها را رسوب می دهد.
دی اکسید کربن (CO2)2) (مورد استفاده در روش کربناسیون): با آهک واکنش داده و رسوب کربنات کلسیم تشکیل میدهد که ناخالصیها را جذب میکند.
کمک منعقدکننده/لختهساز: به تهنشینی سریع جامدات معلق کمک میکند.
معمولاً استفاده میشوند: پلی آلومینیوم کلراید (PAC)، پلی آکریل آمید (PAM) و غیره.
گوگرد (SO2) یا سولفیت سدیم: در رنگبری، رنگبری و استریلیزاسیون در فلوتاسیون فسفر نقش دارد.
فیلتراسیون و پیش گرم کردن
پس از شفافسازی، آبمیوه باید فیلتر شود تا رسوبات آن جدا شود. گرم کردن آبمیوه قبل از تبخیر بسیار مهم است، زیرا به کاهش ویسکوزیته آبمیوه کمک میکند و از رشد میکروبی جلوگیری میکند.
تبخیر و غلظت
سپس آب میوه با استفاده از یک تبخیرکننده چند منظوره به شربت تبدیل میشود و رطوبت آن از تقریباً ۸۵٪ به ۳۰-۴۰٪ کاهش مییابد. تبخیر در خلاء به حفظ کیفیت شکر کمک میکند، اما برخی چالشهای عملیاتی را نیز به همراه دارد:
- پروتئینها و سورفکتانتهای حلشده باعث تشکیل کف میشوند.
- تشکیل رسوب روی سطح اواپراتور.
کاربردهای شیمیایی:
ضد کفها: ضد کفهای پایه سیلیکونی برای سرکوب کف در دمای بالا. ضد کفهای پایه پلی اتر و الکل چرب مناسب برای سیستمهای آبمیوه با کف متوسط.
بازدارندههای رسوب/پخشکنندهها: از تشکیل رسوب کربنات کلسیم یا سولفات در اواپراتور جلوگیری میکنند.
تأثیر: کنترل کارآمد کف و جلوگیری از رسوب، تبخیر روان، راندمان انتقال حرارت بالاتر و زمان از کارافتادگی کمتر را تضمین میکند.
تبلور
فرآیند تبلور در تولید شکر (که اغلب در صنعت به عنوان جوشاندن نامیده میشود) یک گام حیاتی در تبدیل شربت غلیظ شکر به کریستالهای جامد ساکارز است. شربت غلیظ در یک کتری خلاء جوشانده میشود تا تبلور شکر آغاز شود. تبلور مناسب برای عملکرد شکر، اندازه کریستال و رنگ ضروری است. این یک فرآیند فیزیکوشیمیایی پیچیده است که برای کنترل اندازه و یکنواختی کریستالهای ساکارز رسوب شده طراحی شده است.
در این فرآیند اغلب از مواد کفزدا استفاده میشود. مواد کفزدا تشکیل کف را در حین جوشیدن کنترل میکنند و از سرریز شدن شربت جلوگیری میکنند.
تبلور پایدار، بازده قند را افزایش داده و تلفات را در طول سانتریفیوژ کاهش میدهد.
سانتریفیوژ و جداسازی
پس از تشکیل کریستال، کریستالها با استفاده از سانتریفیوژ از ملاس جدا شده و سپس از طریق لولههای داغ خشک میشوند. ملاس را میتوان برای تولید اتانول، خوراک دام یا سایر مصارف، بیشتر فرآوری کرد.
رنگزدایی و تصفیه
رنگزدایی و تصفیه، مرحله نهایی در فرآیند تولید شکر است که عمدتاً در تولید شکر تصفیهشده سفید با خلوص بالا (مانند شکر دانهریز یا شکر سنگ) استفاده میشود. این مرحله نیاز به استفاده از مقادیر زیادی مواد شیمیایی و جاذب دارد.
مواد شیمیایی رایج مورد استفاده عبارتند از:
کربن فعال (پودر یا گرانول): پلی فنولها، کارامل و سایر رنگدانهها را جذب میکند.
رزینهای بیرنگکننده/رزینهای تبادل یونی: ترکیبات رنگی یونی و غیر یونی را حذف میکنند.
پراکسید هیدروژن (H₂O₂): رنگدانههای باقیمانده را اکسید میکند و رنگ شربت را روشنتر میکند.
عوامل رنگزدا: مقادیر پایین ICUMSA و کیفیت بصری بالا را تضمین میکنند.
موارد فوق فرآیندهای اصلی و کاربردهای شیمیایی در صنعت قند را تشریح میکند.
مواد شیمیایی مرتبط نمایش:
فاضلاب صنایع قند و شکر چگونه تصفیه میشود؟
کارخانههای قند در طول فرآیند تولید شکر، فاضلاب تولید میکنند. این فاضلاب از نظر کیفیت پیچیده است و بار آلودگی بالایی دارد و قبل از تخلیه نیاز به تصفیه سیستماتیک آب دارد.
فاضلاب عمدتاً از شستشوی مواد اولیه، تمیز کردن تجهیزات، فاضلاب فرآیند تولید شکر، آب خنککننده/میعانات و تخلیه بویلر ناشی میشود. این فاضلابها با COD و BOD بسیار بالا (به دلیل محتوای قند)، محتوای بالای جامدات معلق، تجزیهپذیری زیستی قوی و گاهی اوقات حاوی روغن و گل و لای مشخص میشوند. بنابراین، معمولاً ترکیبی از فرآیندها - پیشتصفیه + انعقاد و رسوبگذاری + تصفیه بیولوژیکی + تصفیه پیشرفته - برای تصفیه این فاضلاب استفاده میشود. روشهای تصفیه رایج شامل تصفیه فیزیکی (مانند رسوبگذاری و فیلتراسیون)، تصفیه شیمیایی (مانند انعقاد و خنثیسازی) و تصفیه بیولوژیکی (مانند فرآیندهای لجن فعال و تالابهای مصنوعی) است.
چه مواد شیمیایی برای تصفیه فاضلاب صنایع قند مورد نیاز است؟
مراحل خاص و کاربردهای شیمیایی به شرح زیر است:
| مرحله درمان | هدف | مواد شیمیایی توصیه شده | توابع اصلی |
| ۱. شستشوی مواد اولیه و پیش تصفیه اولیه | حذف شن، گل، الیاف، مواد جامد معلق | پلی آلومینیوم کلراید (PAC) | انعقاد سریع، حذف SS و کدورت |
| PAM (پلی آکریل آمید) - آنیونی/نانیونی | تشکیل لخته، ته نشینی را افزایش میدهد | ||
| کف زدا | کف تولید شده در حین شستشوی نیشکر و عصاره گیری را کنترل می کند | ||
| ۲. متعادلسازی و تنظیم pH | تثبیت کیفیت آب ورودی، تنظیم pH برای فرآیندهای پاییندستی | آهک (CaO / Ca(OH)₂) | افزایش pH، حذف جزئی سختی |
| هیدروکسید سدیم (NaOH) | تنظیم دقیق pH | ||
| اسید سولفوریک / اسید هیدروکلریک | pH را کاهش میدهد | ||
| کف زدا | کف موجود در حوضچه متعادلسازی را کاهش میدهد | ||
| ۳. انعقاد و لختهسازی (تهنشینی اولیه) | حذف جامدات معلق، کلوئیدها، رنگ؛ کاهش COD | PAC / PolyDADMAC / پلی آمین | منعقدکنندههای اولیه برای حذف کدورت و رنگ |
| PAM (آنیونی) | بهبود قدرت لخته و سرعت ته نشینی | ||
| کمک منعقدکنندهها (مثلاً سیلیکات منیزیم) | وضوح و عملکرد ته نشینی را افزایش میدهد | ||
| ۴. تصفیه بیولوژیکی بیهوازی (UASB، EGSB) | کاهش بار آلی بالا (COD، BOD) | افزودنیهای مغذی (منابع نیتروژن و فسفر) | حفظ فعالیت میکروبی و زیست توده سالم |
| تنظیم کننده های pH | حفظ pH بهینه (6.8-7.2) برای باکتریهای بیهوازی | ||
| کف زدا | کف مربوط به بیوگاز را سرکوب میکند | ||
| ۵. تصفیه هوازی (لجن فعال، SBR) | کاهش بیشتر COD، BOD و آمونیاک | افزودنیهای مغذی (N&P) | مواد مغذی متعادل را برای میکروارگانیسمها فراهم کنید |
| کف زدا | کنترل کف در حین هوادهی | ||
| بیوآنزیمها / کشتهای میکروبی | افزایش راندمان تجزیه بیولوژیکی | ||
| ۶. تصفیه پیشرفته (در صورت اعمال استانداردهای سختگیرانه تخلیه) | بهبود شفافیت، حذف COD، SS و رنگ باقیمانده | پلیآمین / پلیداتآمید | رنگبری قوی و حذف کدورت |
| پک | حذف اضافی SS و کلوئید | ||
| PAM (وزن مولکولی بالا) | لخته سازی و صیقل نهایی | ||
| کربن فعال | رنگ، بو و بقایای آلی را از بین میبرد | ||
| ۷. ضدعفونی و استفاده مجدد از آب | اطمینان از ایمنی میکروبی برای تخلیه یا استفاده مجدد | هیپوکلریت کلسیم | ضدعفونی کننده قوی |
| هیپوکلریت سدیم | دوز رایج ضدعفونیکننده آنلاین | ||
| SDIC (سدیم دی کلروایزوسیانورات) | آزادسازی پایدار و طولانی مدت کلر | ||
| TCCA (اسید تری کلروایزوسیانوریک) | محتوای کلر بالا، کلرزنی با رهایش آهسته |
تولید شکر یک فرآیند صنعتی پیچیده است که نیاز به کنترل دقیق در هر مرحله دارد - از آمادهسازی مواد اولیه و آبگیری گرفته تا شفافسازی، تبخیر، تبلور، تصفیه و تصفیه فاضلاب. هر مرحله چالشهای خاص خود را دارد، از جمله مواد جامد معلق، رنگ، فعالیت میکروبی، تشکیل کف و رسوب. با ادغام مواد شیمیایی مناسب در هر مرحله از فرآیند تولید شکر، کارخانههای قند میتوانند میزان تولید را افزایش دهند، کیفیت کریستال را بهبود بخشند، رنگ را افزایش دهند، ضایعات را کاهش دهند و زمان از کارافتادگی را به حداقل برسانند. همزمان، محلولهای شیمیایی بهینه از طریق تصفیه کارآمدتر فاضلاب و کاهش ضایعات شیمیایی به حفاظت از محیط زیست کمک میکنند.
انتخاب شریک شیمیایی مناسب به کارخانههای قند این امکان را میدهد که راندمان تولید را بهبود بخشند، کیفیت ثابت محصول را تضمین کنند، طول عمر تجهیزات را افزایش دهند و به برتری عملیاتی بلندمدت دست یابند.