Cukrus yra vienas iš plačiausiai pasaulyje vartojamų maisto produktų, daugiausia gaunamas iš cukranendrių ir cukrinių runkelių. Aukštos kokybės cukraus gamyba yra sudėtingas procesas, apimantis kelis etapus: ekstrahavimą, skaidrinimą, garinimą, kristalizaciją ir rafinavimą. Kiekviename cukraus perdirbimo etape reikia tiksliai kontroliuoti cukraus sulčių kokybę ir grynumą. Natūralios priemaišos, tokios kaip koloidinės dalelės, baltymai, pigmentai ir mikroorganizmai, gali rimtai paveikti skaidrinimo, filtravimo ir kristalizacijos efektyvumą.
Cheminės medžiagos atlieka labai svarbų vaidmenį šiuolaikiniuose cukraus gamybos procesuose. Be tinkamos cheminės kontrolės šios priemaišos gali sukelti apnašų susidarymą, spalvos pakitimus ir produkcijos nuostolius. Cukraus gamybos chemikalai ne tik padidina efektyvumą ir produkciją, bet ir pagerina produkto kokybę, sumažina energijos suvartojimą ir padeda gamykloms laikytis aplinkos apsaugos standartų. Šios cheminės medžiagos gali:
- Pagerinkite skaidrinimo efektyvumą ir kietojo ir skystojo atskyrimo efektą.
- Užkirsti kelią mikroorganizmų augimui vaisių sultyse ir sirupe.
- Sustiprinkite didelio grynumo baltojo granuliuoto cukraus spalvos mažinimo efektą.
- Kontroliuokite putų ir apnašų susidarymą garintuve ir vakuuminiame garintuve.
Šiame straipsnyje, siekiant išsamiai apibendrinti cukraus gamybos procesą, kaip pavyzdį vartojamas cukranendrės. Taip pat paaiškinta, kaip kiekviename etape buvo naudojamos įvairios cheminės medžiagos – flokuliantai, dezinfekavimo priemonės, balinimo priemonės ir putojimo slopintuvai, siekiant užtikrinti sklandų darbą ir aukštos kokybės cukraus gamybą.
Cukraus gamybos procesas ir cheminių medžiagų naudojimas
Žaliavos paruošimas
Cukraus gamyba prasideda nuo žaliavų nuėmimo ir paruošimo. Cukranendrės nuplaunamos ir susmulkinamos, kad būtų pašalintos žemės, akmenys ir lapai. Šiame etape, jei sultys ilgą laiką paliekamos pastovėti, jose pradeda daugintis mikroorganizmai. Siekiant sumažinti mikrobų kiekį žaliavų paviršiuje, užkirsti kelią cukraus sulčių užteršimui ar gedimui sacharifikacijos proceso metu, cukranendrių paviršiui, sandėliavimo vandeniui ar valymo įrangai kartais naudojami dezinfekavimo priemonės.
| Dezinfekavimo priemonės tipas | Rekomenduojama koncentracija | Taikymo metodas | Pagrindinės funkcijos | Atsargumo priemonės | Privalumai |
| Natrio hipochloritas (NaClO) | 50–200 ppm laisvojo chloro | Cukranendrių paviršiaus purškimas arba mirkymas 5–10 minučių | Plataus spektro sterilizavimas, sumažina mikrobų kiekį | Kontroliuokite koncentraciją (paprastai 50–200 ppm laisvojo chloro). Venkite per didelio chloro likučių sultyse, kad išvengtumėte spalvos pakitimų ar kristalizacijos problemų. Jei reikia, po naudojimo nuplaukite arba nusausinkite. | Plataus spektro sterilizavimas; maža kaina. |
| Natrio dichlorizocianuratas (SDIC) | 50–150 ppm laisvojo chloro | Cukranendrių paviršiaus purškimas arba mirkymas 5–10 minučių | Didelis stabilumas, didelis sterilizavimo efektyvumas | Kontroliuokite laisvojo chloro kiekį, kad nepaveiktumėte sulčių kristalizacijos ir spalvos. | Stabilesnis nei natrio hipochloritas; didelis efektyvumas; kontroliuojamas chloro likutis; plačiai naudojamas maisto perdirbimo aplinkoje. |
| Vandenilio peroksidas (H₂O₂) | 0,1–0,5 % | Įlašinama į valymo vandenį arba paviršių purškimą | Sterilizacija, be likučių, ekologiška | Kontrolinė koncentracija; paviršiaus apdorojimui paprastai 0,1–0,5 %. Naudojimo metu elkitės atsargiai. | Skyla be likučių; saugus ir draugiškas aplinkai. |
| Karštas vanduo / Garas | 80–90 °C temperatūros karštas vanduo arba 100 °C temperatūros garai | Skalavimas karštu vandeniu arba garų terapija 2–5 minutes | Sterilizavimas be cheminių medžiagų pridėjimo | Didelės energijos sąnaudos; reikalinga tinkama įranga; laikykitės saugos priemonių. | Be cheminių priedų; sumažina cheminių medžiagų likučių kiekį. |
| Gamyklos / patalpų valymas Vandens dezinfekavimas | SDIC, 50–100 ppm | Įrangos, transporto priemonių valymas | Apsaugo nuo antrinės taršos | Reguliariai keiskite ir stebėkite laisvojo chloro koncentraciją. | — |
Rekomenduojama praktika
Kai cukranendrės patenka į gamyklą, jos pirmiausia nuplaunamos švariu vandeniu, kad būtų pašalintos dirvos ir priemaišos.
Tada paviršius dezinfekuojamas purškiant mažos koncentracijos SDIC arba natrio hipochloritu, atsižvelgiant į sąlygas.
Cukraus fabriko vandens šaltiniai ir valymo įranga taip pat turėtų būti reguliariai dezinfekuojami, siekiant užtikrinti bendrą higienišką aplinką.
Sulčių spaudimas
Po pirmojo valymo ir dezinfekavimo etapo seka cukranendrių sulčių išgavimas. Sultys paprastai išgaunamos mechaniniu presavimu arba difuzijos sistemomis. Šiame etape suardoma kieta cukranendrių struktūra ir iš jos išgaunamos sultys.
Daugeliu atvejų cukranendrių sulčiaspaudė susideda iš trijų volelių malūnų kartu su smulkintuvu arba besisukančiais peiliais. Apdorojus cukranendrių sultis viena konvejerio juosta, jos perkeliamos į kitą konvejerio juostą, kad išspaustų daugiau sulčių. Tačiau prieš transportavimą pirmiausia apšlakstomos vandeniu, kad būtų galima dar labiau išspausti sultis. Po sulčių spaudimo likusios liekanos vadinamos išspaudomis.
Sultyse yra tirpių ir suspenduotų priemaišų, įskaitant augalinius pluoštus, baltymus ir net visiškai nuplautas dirvožemio daleles. Šios priemaišos turi būti apdorojamos, siekiant padidinti vėlesnio skaidrinimo ir kristalizacijos efektyvumą.
Cukranendrių sulčių skaidrinimas
Sulčių skaidrinimas yra svarbiausias žingsnis ankstyvajame cukraus gamybos proceso etape. Tikslas – pašalinti iš cukranendrių sulčių priemaišas (pvz., dirvožemis, baltymai, koloidai, organinės rūgštys ir kt.) ir pagerinti jų grynumą. Paprastai naudojamas kalkių procesas, derinamas su fosforo flotacijos arba karbonizacijos metodu.
Cheminis naudojimas
Kalkės (CaO) / kalkių pienas (Ca(OH)2): Neutralizuoja rūgštines medžiagas ir nusodina priemaišas.
Anglies dioksidas (CO2) (naudojamas karbonizacijos metode): Reaguoja su kalkėmis ir sudaro kalcio karbonato nuosėdas, kurios adsorbuoja priemaišas.
Flokuliantas / koaguliantas: padeda suspenduotoms kietosioms dalelėms greitai nusėsti.
Dažniausiai naudojami: polialiuminio chloridas (PAC), poliakrilamidas (PAM) ir kt.
Siera (SO2) arba natrio sulfitas: Jis atlieka svarbų vaidmenį balinant, balinant ir sterilizuojant fosforo flotacijos metu.
Filtravimas ir išankstinis pašildymas
Po skaidrinimo sultis reikia filtruoti, kad būtų pašalintos nuosėdos. Prieš garinimą labai svarbu sultis pašildyti, nes tai padeda sumažinti jų klampumą ir užkirsti kelią mikrobų augimui.
Garavimas ir koncentracija
Tada vaisių sultys koncentruojamos į sirupą naudojant daugiafunkcį garintuvą, sumažinant drėgmės kiekį nuo maždaug 85 % iki 30–40 %. Vakuuminis garinimas padeda išlaikyti cukraus kokybę, tačiau taip pat kelia tam tikrų eksploatacinių iššūkių:
- Ištirpę baltymai ir paviršinio aktyvumo medžiagos sukelia putų susidarymą.
- Apnašų kaupimasis ant garintuvo paviršiaus.
Cheminės paskirties produktai:
Putojimo slopintojai: silikono pagrindu pagaminti putojimo slopintojai, skirti aukštos temperatūros putojimui slopinti. Polieterių ir riebalų alkoholio pagrindu pagaminti putojimo slopintojai, tinkami vidutinio putojimo vaisių sulčių sistemoms.
Kalkių nuosėdų inhibitoriai / dispergentai: apsaugo nuo kalcio karbonato arba sulfato nuosėdų susidarymo garintuve.
Poveikis: Efektyvi putų kontrolė ir kalkių susidarymo prevencija užtikrina sklandų garavimą, didesnį šilumos perdavimo efektyvumą ir trumpesnį prastovų laiką.
Kristalizacija
Cukraus gamybos kristalizacijos procesas (pramonėje dažnai vadinamas virinimu) yra labai svarbus žingsnis, siekiant koncentruotą cukraus sirupą paversti kietais sacharozės kristalais. Koncentruotas sirupas virinamas vakuuminiame virdulyje, kad prasidėtų cukraus kristalizacija. Tinkama kristalizacija yra būtina cukraus išeigai, kristalų dydžiui ir spalvai. Tai sudėtingas fizikocheminis procesas, skirtas kontroliuoti nusodintų sacharozės kristalų dydį ir vienodumą.
Šiame procese dažnai naudojami putų slopintojai. Jie kontroliuoja putų susidarymą virimo metu, neleisdami sirupui perpildytis.
Stabili kristalizacija padidina cukraus išeigą ir sumažina nuostolius centrifugavimo metu.
Centrifugavimas ir atskyrimas
Susiformavus kristalams, kristalai nuo melasos atskiriami centrifuga ir džiovinami karštuose vamzdžiuose. Melasa gali būti toliau perdirbama etanolio, gyvūnų pašarų ar kitų reikmių gamybai.
Spalvos šalinimas ir rafinavimas
Balinimas ir rafinavimas yra paskutinis cukraus gamybos proceso etapas, daugiausia naudojamas gaminant labai gryną, baltąjį rafinuotą cukrų (pvz., granuliuotą cukrų arba rupią cukrų). Šiame etape reikia naudoti didelius kiekius cheminių medžiagų ir adsorbentų.
Dažniausiai naudojamos cheminės medžiagos apima:
Aktyvuota anglis (milteliai arba granulės): adsorbuoja polifenolius, karamelę ir kitus pigmentus.
Balinančios dervos / jonų mainų dervos: pašalina joninius ir nejoninius spalvotus junginius.
Vandenilio peroksidas (H₂O₂): oksiduoja likusius pigmentus, dar labiau pašviesindamas sirupo spalvą.
Balinimo priemonės: Užtikrina žemas ICUMSA vertes ir aukštą vizualinę kokybę.
Aukščiau aprašyti pagrindiniai cukraus pramonės procesai ir cheminių medžiagų pritaikymas.
Susijusių cheminių medžiagų ekranas:
Kaip valomos cukraus pramonės nuotekos?
Cukraus fabrikuose cukraus gamybos proceso metu susidaro nuotekos. Šios nuotekos yra sudėtingos kokybės ir labai teršia vandenį, todėl prieš išleidžiant į vandenį jas reikia sistemingai valyti.
Nuotekos daugiausia susidaro plaunant žaliavas, valant įrangą, cukraus gamybos proceso nuotekose, aušinimo vandenyje / kondensate ir katilų degazavimo metu. Šioms nuotekoms būdingas labai didelis ChDS ir BDS (dėl cukraus kiekio), didelis suspenduotų kietųjų dalelių kiekis, didelis biologinis skaidumas, o kartais jose gali būti naftos ir dumblo. Todėl šioms nuotekoms valyti paprastai naudojamas procesų derinys – išankstinis valymas + koaguliacija ir nusodinimas + biologinis valymas + pažangus valymas. Įprasti valymo metodai apima fizinį valymą (pvz., nusodinimą ir filtravimą), cheminį valymą (pvz., koaguliaciją ir neutralizavimą) ir biologinį valymą (pvz., aktyviojo dumblo procesus ir dirbtines pelkes).
Kokios cheminės medžiagos reikalingos cukraus pramonės nuotekoms valyti?
Konkretūs žingsniai ir cheminių medžiagų panaudojimas yra šie:
| Gydymo etapas | Tikslas | Rekomenduojamos cheminės medžiagos | Pagrindinės funkcijos |
| 1. Žaliavų plovimas ir pirminis apdorojimas | Pašalinkite smėlį, purvą, pluoštus, suspenduotas kietąsias daleles | PAC (polialiuminio chloridas) | Greitas krešėjimas, SS ir drumstumo pašalinimas |
| PAM (poliakrilamidas) – anijoninis/nejoninis | Flokų susidarymas skatina nusėdimą | ||
| Putplasčio slopintojas | Kontroliuoja putas, susidarančias plaunant cukranendrių masę ir spaudžiant sultis | ||
| 2. Išlyginimas ir pH reguliavimas | Stabilizuoti įtekančio vandens kokybę, pakoreguoti pH tolesniuose procesuose | Kalkės (CaO / Ca(OH)₂) | Padidina pH, pašalina dalinį kietumą |
| Natrio hidroksidas (NaOH) | Tikslus pH reguliavimas | ||
| Sieros rūgštis / druskos rūgštis | Mažina pH | ||
| Putplasčio slopintojas | Sumažina putų susidarymą išlyginimo baseine | ||
| 3. Koaguliacija ir flokuliacija (pirminė sedimentacija) | Pašalinkite suspenduotas kietąsias daleles, koloidus, spalvą; sumažinkite COD | PAC / PolyDADMAC / Poliaminas | Pirminiai koaguliantai drumstumui ir spalvos šalinimui |
| PAM (anijoninis) | Pagerina flokuliarų stiprumą ir nusėdimo greitį | ||
| Krešėjimą skatinančios medžiagos (pvz., magnio silikatas) | Pagerina aiškumą ir nusistovėjimo našumą | ||
| 4. Anaerobinis biologinis valymas (UASB, EGSB) | Sumažinti didelę organinę apkrovą (ChDS, BOD) | Maistinių medžiagų priedai (N ir P šaltiniai) | Palaikyti mikrobų aktyvumą ir sveiką biomasę |
| pH reguliatoriai | Palaikykite optimalų pH (6,8–7,2) anaerobinėms bakterijoms | ||
| Putplasčio slopintojas | Slopina su biodujomis susijusį putojimą | ||
| 5. Aerobinis valymas (aktyvuotas dumblas, SBR) | Dar labiau sumažinkite COD, BOD, amoniako kiekį | Maistinių medžiagų priedai (N ir P) | Suteikite mikroorganizmams subalansuotas maistines medžiagas |
| Putplasčio slopintojas | Kontroliuoja putojimą aeracijos metu | ||
| Biofermentai / Mikrobinės kultūros | Padidina biologinio skaidymo efektyvumą | ||
| 6. Išplėstinis gydymas (jei taikomi griežti išrašymo standartai) | Pagerinkite skaidrumą, pašalinkite likutinį COD, SS, spalvą | Poliaminas / PolyDADMAC | Stiprus spalvos pašalinimas ir drumstumo pašalinimas |
| PAC | Papildomas nerūdijančio plieno ir koloidų pašalinimas | ||
| PAM (didelės molekulinės masės) | Galutinis flokuliavimas ir poliravimas | ||
| Aktyvuota anglis | Pašalina spalvą, kvapą ir organines liekanas | ||
| 7. Dezinfekcija ir vandens pakartotinis naudojimas | Užtikrinti mikrobų saugą išleidžiant arba pakartotinai naudojant | Kalcio hipochloritas | Galinga dezinfekcija |
| Natrio hipochloritas | Įprastas internetinis dezinfekavimo priemonių dozavimas | ||
| SDIC (natrio dichlorizocianuratas) | Stabilus, ilgalaikis chloro išsiskyrimas | ||
| TCCA (trichlorizocianuro rūgštis) | Didelis chloro kiekis, lėtai išsiskiriantis chloravimas |
Cukraus gamyba yra sudėtingas pramoninis procesas, reikalaujantis tikslaus valdymo kiekviename etape – nuo žaliavų paruošimo ir sulčių spaudimo iki skaidrinimo, garinimo, kristalizacijos, rafinavimo ir nuotekų valymo. Kiekvienas etapas kelia savų iššūkių, įskaitant suspenduotas kietąsias daleles, spalvą, mikrobų aktyvumą, putų susidarymą ir apnašų kaupimąsi. Integruodami tinkamas chemines medžiagas į kiekvieną cukraus gamybos proceso etapą, cukraus fabrikai gali padidinti produkciją, pagerinti kristalų kokybę, sustiprinti spalvą, sumažinti nuostolius ir sumažinti prastovas. Tuo pačiu metu optimizuoti cheminiai sprendimai prisideda prie aplinkos apsaugos, nes nuotekos valomos efektyviau ir sumažinamos cheminės atliekos.
Tinkamo chemijos partnerio pasirinkimas leidžia cukraus fabrikams pagerinti gamybos efektyvumą, užtikrinti nuoseklią produktų kokybę, pailginti įrangos tarnavimo laiką ir pasiekti ilgalaikį veiklos efektyvumą.