Цукар — адзін з найбольш распаўсюджаных прадуктаў харчавання ў свеце, які ў асноўным атрымліваюць з цукровага трыснёга і цукровых буракоў. Вытворчасць высакаякаснага цукру — гэта складаны працэс, які ўключае некалькі этапаў: экстракцыю, ачыстку, выпарванне, крышталізацыю і рафінаванне. На кожным этапе апрацоўкі цукру неабходна дакладна кантраляваць якасць і чысціню цукровага соку. Натуральныя прымешкі, такія як калоідныя часціцы, бялкі, пігменты і мікраарганізмы, могуць сур'ёзна паўплываць на эфектыўнасць ачысткі, фільтрацыі і крышталізацыі.
Хімічныя рэчывы адыгрываюць вырашальную ролю ў сучасных працэсах вытворчасці цукру. Без належнага хімічнага кантролю гэтыя прымешкі могуць выклікаць акаліны, праблемы з колерам і страту прадукцыі. Хімічныя рэчывы для вытворчасці цукру не толькі павышаюць эфектыўнасць і аб'ём вытворчасці, але і паляпшаюць якасць прадукцыі, зніжаюць спажыванне энергіі і дапамагаюць фабрыкам выконваць стандарты аховы навакольнага асяроддзя. Гэтыя хімічныя рэчывы могуць:
- Паляпшае эфектыўнасць ачысткі і эфект падзелу цвёрдых і вадкіх рэчываў.
- Прадухіляе рост мікраарганізмаў у фруктовым соку і сіропе.
- Узмацніце эфект абескаляроўвання высакаякаснага белага цукру-пяску.
- Кантралюйце ўтварэнне пены і накіпу ў выпарніку і вакуумным выпарніку.
У гэтым артыкуле ў якасці прыкладу выкарыстоўваецца цукровы трыснёг, каб падрабязна апісаць працэс вытворчасці цукру. Таксама тлумачыцца, як розныя хімічныя рэчывы — флокулянты, дэзінфікуючыя сродкі, абескаляроўвальнікі і пенагаснікі — ужываліся на кожным этапе, каб забяспечыць бесперабойную працу і высакаякасную вытворчасць цукру.
Працэс вытворчасці цукру і прымяненне хімікатаў
Падрыхтоўка сыравіны
Вытворчасць цукру пачынаецца са збору ўраджаю і падрыхтоўкі сыравіны. Цукровы трыснёг мыюць і здрабняюць, каб выдаліць глебу, камяні і лісце. На гэтым этапе, калі сок доўга стаяць, у ім пачнуць размнажацца мікраарганізмы. Каб знізіць мікробную нагрузку на паверхню сыравіны, прадухіліць забруджванне цукровага соку або яго псаванне падчас працэсу ацукрыльвання, на паверхню цукровага трыснёга, ваду для захоўвання або абсталяванне для ачысткі часам наносяць дэзінфікуючыя сродкі.
| Тып дэзінфікуючага сродку | Рэкамендаваная канцэнтрацыя | Спосаб ужывання | Асноўныя функцыі | Меры засцярогі | Перавагі |
| Гіпахларыт натрыю (NaClO) | 50–200 праміле свабоднага хлору | Апырскванне або замочванне паверхні цукровага трыснёга на працягу 5-10 хвілін | Шырокаспектральная стэрылізацыя, зніжае мікробную нагрузку | Кантралюйце канцэнтрацыю (звычайна 50–200 праміле свабоднага хлору). Пазбягайце празмернага рэшткавага хлору ў соку, каб прадухіліць праблемы з колерам або крышталізацыяй. Пры неабходнасці прамыйце або зліце ваду пасля выкарыстання. | Шырокаспектральная стэрылізацыя; нізкі кошт. |
| Дыхларызацыянурат натрыю (SDIC) | 50–150 праміле свабоднага хлору | Апырскванне або замочванне паверхні цукровага трыснёга на працягу 5-10 хвілін | Высокая стабільнасць, высокая эфектыўнасць стэрылізацыі | Кантралюйце ўтрыманне свабоднага хлору, каб не паўплываць на крышталізацыю і колер соку. | Больш стабільны, чым гіпахларыт натрыю; высокая эфектыўнасць; кантраляваны рэшткавы хлор; шырока выкарыстоўваецца ў харчовай прамысловасці. |
| Пераксід вадароду (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Дадаецца ў ваду для мыцця або апырскванне паверхняў | Стэрылізацыя, без рэшткаў, экалагічна чысты | Кантрольная канцэнтрацыя; звычайна 0,1–0,5% для апрацоўкі паверхні. Будзьце асцярожныя падчас працы. | Раскладаецца без рэшткаў; бяспечны і экалагічна чысты. |
| Гарачая вада / пара | Гарачая вада тэмпературай 80–90°C або пара тэмпературай 100°C | Прамыванне гарачай вадой або апрацоўка парай на працягу 2-5 хвілін | Стэрылізацыя без дадання хімічных рэчываў | Высокае спажыванне энергіі; патрабуецца адпаведнае абсталяванне; выконвайце меры бяспекі. | Без хімічных дабавак; памяншае колькасць хімічных рэшткаў. |
| Дэзінфекцыя вады для ачысткі заводаў/аб'ектаў | SDIC, 50–100 праміле | Ачыстка абсталявання, транспартных сродкаў | Прадухіляе другаснае забруджванне | Рэгулярна замяняйце і кантралюйце канцэнтрацыю свабоднага хлору. | — |
Рэкамендаваная практыка
Калі цукровы трыснёг паступае на завод, яго спачатку прамываюць чыстай вадой, каб выдаліць бруд і прымешкі.
Затым праводзіцца дэзінфекцыя паверхні шляхам распылення нізкаканцэнтраванага SDIC або гіпахларыту натрыю ў залежнасці ад умоў.
Крыніцы вады і абсталяванне для ўборкі цукровага завода таксама павінны рэгулярна дэзінфікавацца для забеспячэння агульнай гігіены асяроддзя.
Выцягванне соку
Пасля першага этапу ачысткі і дэзінфекцыі наступным крокам з'яўляецца здабыванне соку цукровага трыснёга. Сок звычайна здабываецца з дапамогай механічнага прэсавання або дыфузійных сістэм. Гэты этап прадугледжвае разбурэнне цвёрдай структуры цукровага трыснёга і здабыванне з яго соку.
У большасці выпадкаў сокавыціскалка для цукровага трыснёга складаецца з трох валковых млыноў у спалучэнні з здрабняльнікам або круцільнымі лязамі. Пасля таго, як цукровы трыснёг перапрацаваны на адной канвеернай стужцы, ён перамяшчаецца на іншую канвеерную стужку для атрымання большай колькасці соку. Аднак перад транспарціроўкай спачатку яго апырскваюць вадой для далейшага атрымання соку. Рэшта, якая застаецца пасля выціскання соку, называецца багасай.
Сок утрымлівае растваральныя і ўзважаныя прымешкі, у тым ліку раслінныя валокны, бялкі і нават часцінкі глебы, якія былі цалкам змытыя. Гэтыя прымешкі неабходна апрацаваць, каб павысіць эфектыўнасць наступнага ачышчэння і крышталізацыі.
Ачышчэнне соку цукровага трыснёга
Ачыстка соку — найважнейшы этап на ранняй стадыі вытворчасці цукру. Мэта складаецца ў тым, каб выдаліць прымешкі (такія як глеба, бялок, калоід, арганічныя кіслоты і г.д.) з соку цукровага трыснёга і палепшыць яго чысціню. Звычайна выкарыстоўваецца вапнавы працэс у спалучэнні з метадам флотацыі фосфарам або метадам карбанізацыі.
Выкарыстанне хімічных рэчываў
Вапна (CaO)/вапнавае малако (Ca(OH)2): Нейтралізуе кіслыя рэчывы і выводзіць прымешкі.
Вуглякіслы газ (CO2) (выкарыстоўваецца ў метадзе карбанізацыі): рэагуе з вапнай, утвараючы асадак карбанату кальцыю, які адсарбуе прымешкі.
Флокулянт/каагулянт: дапамагае хуткаму асяданню завіслых цвёрдых рэчываў.
Звычайна выкарыстоўваюцца: поліалюмінійхларыд (PAC), поліакрыламід (PAM) і г.д.
Сера (SO2) або сульфіт натрыю: ён адыгрывае пэўную ролю ў адбельванні, абескаляроўванні і стэрылізацыі пры флотацыі фосфару.
Фільтрацыя і папярэдні нагрэў
Пасля асвятлення сок трэба адфільтраваць, каб выдаліць асадак. Папярэдні нагрэў соку перад выпарваннем мае вырашальнае значэнне, бо гэта дапамагае знізіць яго глейкасць і прадухіляе рост мікробаў.
Выпарэнне і канцэнтрацыя
Затым фруктовы сок канцэнтруецца ў сіроп з дапамогай шматфункцыянальнага выпарніка, што зніжае ўтрыманне вільгаці прыблізна з 85% да 30-40%. Вакуумнае выпарванне дапамагае падтрымліваць якасць цукру, але таксама стварае некаторыя эксплуатацыйныя праблемы:
- Раствораныя бялкі і павярхоўна-актыўныя рэчывы выклікаюць утварэнне пены.
- Назапашванне накіпу на паверхні выпарніка.
Хімічнае прымяненне:
Пенагаснікі: пенагаснікі на аснове сілікону для падаўлення пенаўтварэння пры высокай тэмпературы. Пенагаснікі на аснове поліэфіраў і тоўстых спіртоў, прыдатныя для сістэм вытворчасці фруктовых сокаў сярэдняй пены.
Інгібітары/дысперсанты накіпу: прадухіляюць утварэнне накіпу карбанату кальцыю або сульфату ў выпарніку.
Эфект: Эфектыўны кантроль пены і прадухіленне ўтварэння накіпу забяспечваюць плаўнае выпарэнне, больш высокую эфектыўнасць цеплаперадачы і меншы час прастояў.
Крышталізацыя
Працэс крышталізацыі ў вытворчасці цукру (часта званы ў прамысловасці кіпячэннем) з'яўляецца найважнейшым этапам пераўтварэння канцэнтраванага цукровага сіропу ў цвёрдыя крышталі цукрозы. Канцэнтраваны сіроп кіпяцяць у вакуумным катле, каб пачаць крышталізацыю цукру. Правільная крышталізацыя мае важнае значэнне для выхаду цукру, памеру крышталяў і колеру. Гэта складаны фізіка-хімічны працэс, прызначаны для кантролю памеру і аднастайнасці асадкавых крышталяў цукрозы.
У гэтым працэсе часта выкарыстоўваюцца пенагаснікі. Яны кантралююць утварэнне пены падчас кіпячэння, прадухіляючы пераліванне сіропу.
Стабільная крышталізацыя павялічвае выхад цукру і памяншае страты пры цэнтрыфугаванні.
Цэнтрыфугаванне і падзел
Пасля ўтварэння крышталяў крышталі аддзяляюцца ад меласы з дапамогай цэнтрыфугі, а затым сушацца праз гарачыя трубы. Меласу можна далей перапрацоўваць для вытворчасці этанолу, корму для жывёл або іншых мэтаў.
Абясколерванне і рафінаванне
Абясколерванне і рафінаванне — гэта заключны этап працэсу вытворчасці цукру, які ў асноўным выкарыстоўваецца ў вытворчасці высакаякаснага белага рафінаванага цукру (напрыклад, цукру-пяску або цукровага пяску). Гэты этап патрабуе выкарыстання вялікай колькасці хімічных рэчываў і адсарбентаў.
Звычайна выкарыстоўваюцца хімічныя рэчывы, у тым ліку:
Актываваны вугаль (парашок або гранулы): адсарбуе поліфенолы, карамель і іншыя пігменты.
Абясколерванне смол/іонаабменных смол: выдаленне іённых і неіённых каляровых злучэнняў.
Перакіс вадароду (H₂O₂): акісляе рэшткі пігментаў, яшчэ больш асвятляючы колер сіропу.
Абясколерваючыя рэчывы: забяспечваюць нізкія значэнні ICUMSA і высокую візуальную якасць.
Вышэйпаказана асноўныя працэсы і хімічныя прымянення ў цукровай прамысловасці.
Паказ звязаных хімічных рэчываў:
Як ачышчаюцца сцёкавыя воды цукровай прамысловасці?
Цукровыя заводы ўтвараюць сцёкавыя воды падчас вытворчасці цукру. Гэтыя сцёкавыя воды маюць складаную якасць і высокую нагрузку забруджвання, што патрабуе сістэматычнай ачысткі вады перад скідам.
Сцёкавыя воды ў асноўным паступаюць ад прамыўкі сыравіны, ачысткі абсталявання, сцёкавых вод працэсу вытворчасці цукру, астуджальнай вады/кандэнсату і прадуўкі катлоў. Гэтыя сцёкавыя воды характарызуюцца вельмі высокім ХСК і БПК (з-за ўтрымання цукру), высокім утрыманнем завіслых цвёрдых рэчываў, высокай біяраскладальнасцю, а часам утрымліваюць нафту і глей. Таму для ачысткі гэтых сцёкавых вод звычайна выкарыстоўваецца камбінацыя працэсаў: папярэдняя ачыстка + каагуляцыя і адклады + біялагічная ачыстка + паглыбленая ачыстка. Звычайныя метады ачысткі ўключаюць фізічную ачыстку (напрыклад, адклады і фільтрацыю), хімічную ачыстку (напрыклад, каагуляцыя і нейтралізацыя) і біялагічную ачыстку (напрыклад, працэсы актыўнага глею і штучныя водна-балотныя ўгоддзі).
Якія хімікаты патрэбныя для ачысткі сцёкавых вод цукровай прамысловасці?
Канкрэтныя этапы і хімічныя прымяненні наступныя:
| Этап лячэння | Мэта | Рэкамендаваныя хімічныя рэчывы | Асноўныя функцыі |
| 1. Мыццё і першасная папярэдняя апрацоўка сыравіны | Выдаліце пясок, бруд, валокны, завіслыя цвёрдыя часціцы | PAC (поліалюмінійхларыд) | Хуткая каагуляцыя, выдаленне нержавеючай сталі і каламутнасці |
| PAM (поліакрыламід) – аніённы/неіённы | Утварэнне флокулаў, паляпшае асяданне | ||
| Пенагаснік | Кантралюе пену, якая ўтвараецца падчас мыцця трыснёга і адціскання соку | ||
| 2. Выраўноўванне і рэгуляванне pH | Стабілізаваць якасць патоку, рэгуляваць pH для наступных працэсаў | Вапна (CaO / Ca(OH)₂) | Павышае pH, часткова выдаляе цвёрдасць |
| Гідраксід натрыю (NaOH) | Дакладная рэгуляванне pH | ||
| Серная кіслата / саляная кіслата | Зніжае pH | ||
| Пенагаснік | Змяншае пенаўтварэнне ў выраўноўвальным басейне | ||
| 3. Каагуляцыя і флокуляцыя (першасная седыментацыя) | Выдаляе завіслыя цвёрдыя рэчывы, калоіды, колер; зніжае ХСК | PAC / PolyDADMAC / Поліамін | Першасныя каагулянты для выдалення каламутнасці і колеру |
| ПАМ (аніённы) | Паляпшае трываласць флокулаў і хуткасць ссядання | ||
| Каагулянты (напрыклад, сілікат магнію) | Паляпшае выразнасць і эфектыўнасць усталявання | ||
| 4. Анаэробна-біялагічная ачыстка (UASB, EGSB) | Зніжэнне высокай арганічнай нагрузкі (ХСК, БСК) | Пажыўныя дабаўкі (крыніцы азоту і фосфору) | Падтрымліваць мікробную актыўнасць і здаровую біямасу |
| Рэгулятары pH | Падтрымлівайце аптымальны pH (6,8–7,2) для анаэробных бактэрый | ||
| Пенагаснік | Падаўляе пену, звязаную з утварэннем біягазу | ||
| 5. Аэробная ачыстка (актыўны шлам, SBR) | Далейшае зніжэнне ХСК, БСК, аміяку | Пажыўныя дабаўкі (N і P) | Забяспечвае збалансаваныя пажыўныя рэчывы для мікраарганізмаў |
| Пенагаснік | Кантралюе пену падчас аэрацыі | ||
| Біяферменты / Мікробныя культуры | Павышае эфектыўнасць біялагічнага раскладання | ||
| 6. Пашыранае лячэнне (калі дзейнічаюць строгія стандарты выпіскі) | Палепшыць празрыстасць, выдаліць рэшткі COD, SS, колеру | Поліамін / ПоліДАДМАК | Моцнае абескаляроўванне і выдаленне каламутнасці |
| ПАК | Дадатковае выдаленне нержавеючай сталі і калоідаў | ||
| PAM (высокая малекулярная маса) | Фінальная флокуляцыя і паліроўка | ||
| Актываваны вугаль | Выдаляе колер, пах і арганічныя рэшткі | ||
| 7. Дэзінфекцыя і паўторнае выкарыстанне вады | Забяспечце мікробную бяспеку пры выкідзе або паўторным выкарыстанні | Гіпахларыт кальцыя | Магутная дэзінфекцыя |
| Гіпахларыт натрыю | Распаўсюджаны онлайн-дазатар дэзінфікуючага сродку | ||
| SDIC (дыхларызацыянурат натрыю) | Стабільнае, працяглае вызваленне хлору | ||
| TCCA (трыхларызацыянуравая кіслата) | Высокае ўтрыманне хлору, хлараванне з павольным вызваленнем |
Вытворчасць цукру — гэта складаны прамысловы працэс, які патрабуе дакладнага кантролю на кожным этапе — ад падрыхтоўкі сыравіны і адціскання соку да ачысткі, выпарвання, крышталізацыі, рафінавання і ачысткі сцёкавых вод. Кожны этап мае свае праблемы, у тым ліку ўзважаныя цвёрдыя рэчывы, колер, мікробная актыўнасць, утварэнне пены і назапашванне акаліны. Інтэгруючы адпаведныя хімічныя рэчывы ў кожны этап працэсу вытворчасці цукру, цукровыя заводы могуць павялічыць аб'ём вытворчасці, палепшыць якасць крышталяў, палепшыць колер, скараціць страты і мінімізаваць час прастою. Адначасова аптымізаваныя хімічныя рашэнні спрыяюць ахове навакольнага асяроддзя дзякуючы больш эфектыўнай ачыстцы сцёкавых вод і скарачэнню хімічных адходаў.
Выбар правільнага хімічнага партнёра дазваляе цукровым заводам павысіць эфектыўнасць вытворчасці, забяспечыць стабільную якасць прадукцыі, падоўжыць тэрмін службы абсталявання і дасягнуць доўгатэрміновай бездакорнай працы.