Շաքարը աշխարհում ամենատարածված սննդամթերքներից մեկն է, որը հիմնականում ստացվում է շաքարեղեգից և շաքարի ճակնդեղից: Բարձրորակ շաքարի արտադրությունը բարդ գործընթաց է, որը ներառում է մի քանի փուլ՝ արդյունահանում, մաքրում, գոլորշիացում, բյուրեղացում և մաքրում: Շաքարի վերամշակման յուրաքանչյուր փուլում շաքարի հյութի որակը և մաքրությունը պետք է ճշգրիտ վերահսկվեն: Բնական խառնուրդները, ինչպիսիք են կոլոիդային մասնիկները, սպիտակուցները, գունանյութերը և միկրոօրգանիզմները, կարող են լրջորեն ազդել մաքրման, ֆիլտրացիայի և բյուրեղացման արդյունավետության վրա:
Քիմիական նյութերը կարևոր դեր են խաղում ժամանակակից շաքարի արտադրության գործընթացներում: Առանց պատշաճ քիմիական վերահսկողության, այս խառնուրդները կարող են առաջացնել թեփոտում, գույնի խնդիրներ և արտադրանքի կորուստ: Շաքարի արտադրության քիմիական նյութերը ոչ միայն բարձրացնում են արդյունավետությունը և արտադրանքը, այլև բարելավում են արտադրանքի որակը, նվազեցնում էներգիայի սպառումը և օգնում գործարաններին համապատասխանել շրջակա միջավայրի պաշտպանության չափանիշներին: Այս քիմիական նյութերը կարող են.
- Բարելավել պարզեցման արդյունավետությունը և պինդ-հեղուկ բաժանման ազդեցությունը։
- Կանխել միկրոօրգանիզմների աճը մրգային հյութի և օշարակի մեջ։
- Ուժեղացնում է բարձր մաքրության սպիտակ շաքարի գունաթափման ազդեցությունը։
- Վերահսկեք փրփուրի և թեփի առաջացումը գոլորշիչում և վակուումային գոլորշիչում։
Այս հոդվածում շաքարեղեգը որպես օրինակ է բերվում՝ շաքարի արտադրության գործընթացը համապարփակ կերպով ամփոփելու համար: Այն նաև բացատրում է, թե ինչպես են տարբեր քիմիական նյութեր՝ ֆլոկուլանտներ, ախտահանիչներ, գունազրկող նյութեր և փրփրացնող նյութեր, կիրառվել յուրաքանչյուր փուլում՝ սահուն աշխատանք և բարձրորակ շաքարի արտադրություն ապահովելու համար:
Շաքարի արտադրության գործընթացը և քիմիական նյութերի կիրառումը
Հումքի պատրաստում
Շաքարի արտադրությունը սկսվում է հումքի հավաքով և պատրաստմամբ: Շաքարեղեգը լվանում և մանրացնում են՝ հողը, կորիզները և տերևները հեռացնելու համար: Այս փուլում, եթե հյութը երկար ժամանակ մնա կանգուն, այն կսկսի բազմացնել միկրոօրգանիզմներ: Հումքի մակերեսին մանրէային բեռը նվազեցնելու, շաքարի հյութի աղտոտումը կամ փչացումը շաքարացման գործընթացի ընթացքում կանխելու համար, երբեմն ախտահանիչներ են քսվում շաքարեղեգի, պահեստային ջրի կամ մաքրող սարքավորումների մակերեսին:
| Ախտահանիչի տեսակը | Առաջարկվող կոնցենտրացիա | Կիրառման մեթոդ | Հիմնական գործառույթներ | Նախազգուշական միջոցներ | Առավելություններ |
| Նատրիումի հիպոքլորիտ (NaClO) | 50–200 ppm ազատ քլոր | Շաքարեղեգի մակերեսը 5-10 րոպե ցողել կամ թրջել | Լայն սպեկտրի ստերիլիզացիա, նվազեցնում է մանրէային բեռը | Վերահսկեք կոնցենտրացիան (սովորաբար 50–200 ppm ազատ քլոր): Խուսափեք հյութում քլորի ավելցուկային մնացորդից՝ գույնի կամ բյուրեղացման հետ կապված խնդիրները կանխելու համար: Անհրաժեշտության դեպքում լվացեք կամ քամեք օգտագործելուց հետո: | Լայն սպեկտրի ստերիլիզացիա; ցածր գին։ |
| Նատրիումի դիքլորիզոցիանուրատ (SDIC) | 50–150 ppm ազատ քլոր | Շաքարեղեգի մակերեսը 5-10 րոպե ցողել կամ թրջել | Բարձր կայունություն, ուժեղ ստերիլիզացման արդյունավետություն | Վերահսկեք ազատ քլորի քանակը՝ հյութի բյուրեղացմանը և գույնին ազդելուց խուսափելու համար։ | Ավելի կայուն է, քան նատրիումի հիպոքլորիտը, բարձր արդյունավետություն, վերահսկվող մնացորդային քլոր, լայնորեն կիրառվում է սննդի վերամշակման միջավայրերում։ |
| Ջրածնի պերօքսիդ (H₂O₂) | 0.1%–0.5% | Ավելացվում է մաքրող ջրի կամ մակերեսային ցողման մեջ | Ստերիլիզացիա, առանց մնացորդի, էկոլոգիապես մաքուր | Վերահսկիչ կոնցենտրացիա. մակերեսային մշակման համար սովորաբար 0.1–0.5%: Օգտագործման ընթացքում զգուշորեն վարվեք: | Քայքայվում է առանց մնացորդների, անվտանգ է և էկոլոգիապես մաքուր։ |
| Տաք ջուր / գոլորշի | Տաք ջուր 80–90°C կամ գոլորշի 100°C ջերմաստիճանում | Լվացեք տաք ջրով կամ գոլորշու միջոցով 2-5 րոպե | Ստերիլիզացում առանց քիմիական նյութերի ավելացման | Բարձր էներգիայի սպառում; պահանջում է համապատասխան սարքավորումներ; պահպանել անվտանգության միջոցառումները։ | Քիմիական հավելումներ չկան, նվազեցնում են քիմիական մնացորդները։ |
| Բույսերի/հաստատությունների մաքրում, ջրի ախտահանում | SDIC, 50–100 ppm | Սարքավորումների, տրանսպորտային միջոցների մաքրում | Կանխում է երկրորդային աղտոտումը | Պարբերաբար փոխարինեք և վերահսկեք ազատ քլորի կոնցենտրացիան։ | — |
Առաջարկվող պրակտիկա
Երբ շաքարեղեգը մտնում է գործարան, այն նախնական լվացվում է մաքուր ջրով՝ հողը և խառնուրդները հեռացնելու համար։
Այնուհետև, մակերեսային ախտահանումն իրականացվում է ցածր կոնցենտրացիայի SDIC կամ նատրիումի հիպոքլորիտ ցողելով՝ պայմաններին համապատասխան։
Շաքարի գործարանի ջրի աղբյուրները և մաքրման սարքավորումները նույնպես պետք է պարբերաբար ախտահանվեն՝ ընդհանուր հիգիենիկ միջավայրն ապահովելու համար։
Հյութի արդյունահանում
Մաքրման և ախտահանման առաջին քայլից հետո հաջորդ քայլը շաքարեղեգի հյութի արդյունահանումն է: Հյութը սովորաբար արդյունահանվում է մեխանիկական սեղմման կամ դիֆուզիոն համակարգերի միջոցով: Այս քայլը ներառում է շաքարեղեգի կարծր կառուցվածքի կոտրումը և դրանից հյութի արդյունահանումը:
Շատ դեպքերում շաքարեղեգի հյութաքամիչը բաղկացած է երեք գլանային ջրաղացներից՝ համակցված կտրիչի կամ պտտվող շեղբերի հետ։ Շաքարեղեգը մեկ փոխադրիչ ժապավենի վրա մշակելուց հետո այն տեղափոխվում է մեկ այլ փոխադրիչ ժապավեն՝ ավելի շատ հյութ ստանալու համար։ Այնուամենայնիվ, տեղափոխելուց առաջ նախ ջուր է ցողվում՝ հյութը լրացուցիչ ստանալու համար։ Հյութաքամումից հետո մնացած մնացորդը կոչվում է բագաս։
Հյութը պարունակում է լուծվող և կախված խառնուրդներ, այդ թվում՝ բուսական մանրաթելեր, սպիտակուցներ և նույնիսկ հողի մասնիկներ, որոնք ամբողջությամբ լվացվել են: Այս խառնուրդները պետք է մշակվեն՝ հետագա մաքրման և բյուրեղացման արդյունավետությունը բարձրացնելու համար:
Շաքարեղեգի հյութի պարզեցում
Հյութի մաքրումը շաքարի արտադրության գործընթացի վաղ փուլում ամենակարևոր քայլն է: Նպատակն է շաքարեղեգի հյութից հեռացնել խառնուրդները (օրինակ՝ հող, սպիտակուց, կոլոիդ, օրգանական թթու և այլն) և բարելավել դրա մաքրությունը: Ընդհանուր առմամբ, կիրառվում է կրային մեթոդը՝ զուգակցված ֆոսֆորի ֆլոտացիայի կամ գազավորման մեթոդի հետ:
Քիմիական նյութերի օգտագործումը
Լայմ (CaO)/լայմի կաթ (Ca(OH))2): Չեզոքացնում է թթվային նյութերը և նստեցնում խառնուրդները։
Ածխածնի երկօքսիդ (CO2) (օգտագործվում է գազավորման մեթոդում): Ռեակցիայի մեջ է մտնում կրի հետ՝ առաջացնելով կալցիումի կարբոնատի նստվածք, որը կլանում է խառնուրդները։
Ֆլոկուլանտ/կոագուլանտային օժանդակ միջոց. նպաստում է կախված պինդ մասնիկների արագ նստեցմանը։
Հաճախ օգտագործվող՝ պոլիալյումինի քլորիդ (PAC), պոլիակրիլամիդ (PAM) և այլն։
Ծծումբ (SO2) կամ նատրիումի սուլֆիտ։ Այն դեր է խաղում ֆոսֆորի ֆլոտացիայի ժամանակ սպիտակեցման, գունաթափման և ստերիլիզացման գործում։
Զտում և նախնական տաքացում
Մաքրումից հետո հյութը պետք է զտվի՝ նստվածքը հեռացնելու համար: Հյութը գոլորշիացումից առաջ նախապես տաքացնելը կարևոր է, քանի որ այն օգնում է նվազեցնել հյութի մածուցիկությունը և կանխում է մանրէների աճը:
Գոլորշիացում և կոնցենտրացիա
Այնուհետև մրգահյութը խտացվում է օշարակի մեջ՝ օգտագործելով բազմաֆունկցիոնալ գոլորշիացնող սարք, որի արդյունքում խոնավության պարունակությունը մոտավորապես 85%-ից նվազում է մինչև 30-40%: Վակուումային գոլորշիացումը նպաստում է շաքարի որակի պահպանմանը, բայց այն նաև որոշակի գործառնական դժվարություններ է առաջացնում.
- Լուծված սպիտակուցները և մակերևութային ակտիվ նյութերը առաջացնում են փրփուրի առաջացում։
- Գոլորշիչի մակերեսին թեփի կուտակում։
Քիմիական կիրառություններ՝
Փրփրացնողներ. Սիլիկոնային հիմքով փրփրացնողներ բարձր ջերմաստիճանի փրփուրը մարելու համար: Պոլիեթերային և ճարպային սպիրտային հիմքով փրփրացնողներ, որոնք հարմար են միջին փրփուրի մրգային հյութերի համակարգերի համար:
Կրաքարի արգելակիչներ/դիսպերսանտներ. կանխում են գոլորշիչում կալցիումի կարբոնատի կամ սուլֆատի կրաքարի առաջացումը:
Ազդեցություն. Արդյունավետ փրփուրի վերահսկումը և նստվածքի կանխարգելումը ապահովում են հարթ գոլորշիացում, ջերմափոխանակման ավելի բարձր արդյունավետություն և ավելի քիչ պարապուրդի ժամանակ։
Բյուրեղացում
Շաքարի արտադրության մեջ բյուրեղացման գործընթացը (որը արդյունաբերության մեջ հաճախ անվանում են եռացում) կարևորագույն քայլ է խտացված շաքարի օշարակը պինդ սախարոզի բյուրեղների վերածելու համար: Խտացված օշարակը եռացվում է վակուումային կաթսայի մեջ՝ շաքարի բյուրեղացումը սկսելու համար: Ճիշտ բյուրեղացումը կարևոր է շաքարի ստացման, բյուրեղների չափի և գույնի համար: Սա բարդ ֆիզիկաքիմիական գործընթաց է, որը նախատեսված է նստվածքային սախարոզի բյուրեղների չափը և միատարրությունը վերահսկելու համար:
Այս գործընթացում հաճախ օգտագործվում են փրփրազերծող միջոցներ: Փրփրազերծողները վերահսկում են փրփուրի առաջացումը եռման ընթացքում՝ կանխելով օշարակի արտահոսքը:
Կայուն բյուրեղացումը մեծացնում է շաքարի արտադրությունը և նվազեցնում կորուստները ցենտրիֆուգացման ընթացքում։
Ցենտրիֆուգացում և տարանջատում
Բյուրեղների առաջացումից հետո բյուրեղները ցենտրիֆուգի միջոցով առանձնացվում են մելասից, ապա չորացվում տաք խողովակների միջով։ Մելասը կարող է հետագայում մշակվել էթանոլի, կենդանիների կերերի կամ այլ նպատակներով։
Գունազրկում և մաքրում
Գունազրկումը և զտումը շաքարի արտադրության գործընթացի վերջին փուլն է, որը հիմնականում օգտագործվում է բարձր մաքրության, սպիտակ զտված շաքարի (օրինակ՝ հատիկավոր շաքար կամ քարային շաքար) արտադրության մեջ: Այս փուլը պահանջում է մեծ քանակությամբ քիմիական նյութերի և ադսորբենտների օգտագործում:
Հաճախ օգտագործվող քիմիական նյութերը ներառում են.
Ակտիվացված ածուխ (փոշի կամ հատիկներ). կլանում է պոլիֆենոլները, կարամելը և այլ գունանյութերը։
Գունազրկող խեժեր/իոնափոխանակող խեժեր. Հեռացնում են իոնային և ոչ իոնային գունավոր միացությունները։
Ջրածնի պերօքսիդ (H₂O₂): Օքսիդացնում է մնացած գունանյութերը, ավելի բացելով օշարակի գույնը:
Գունազրկող նյութեր. Ապահովում են ICUMSA-ի ցածր արժեքներ և բարձր տեսողական որակ։
Վերոնշյալը ներկայացնում է շաքարի արդյունաբերության մեջ հիմնական գործընթացները և քիմիական կիրառությունները։
Առնչվող քիմիական նյութերի ցուցադրում.
Ինչպե՞ս են մաքրվում շաքարի արդյունաբերության կեղտաջրերը։
Շաքարի գործարանները շաքարի արտադրության գործընթացում առաջացնում են կեղտաջրեր: Այս կեղտաջրերը բարդ որակի են և ունեն բարձր աղտոտման բեռ, ինչը պահանջում է համակարգված ջրի մաքրում արտանետումից առաջ:
Կեղտաջրերը հիմնականում առաջանում են հումքի լվացումից, սարքավորումների մաքրումից, շաքարի արտադրության գործընթացի կեղտաջրերից, սառեցման ջրից/կոնդենսատից և կաթսայի փչումից: Այս կեղտաջրերը բնութագրվում են շատ բարձր COD և BOD-ով (շաքարի պարունակության պատճառով), կախյալ պինդ նյութերի բարձր պարունակությամբ, ուժեղ կենսաքայքայման հատկությամբ և երբեմն պարունակում են յուղ և տիղմ: Հետևաբար, այս կեղտաջրերի մաքրման համար սովորաբար օգտագործվում է գործընթացների համադրություն՝ նախնական մաքրում + կոագուլյացիա և նստվածքացում + կենսաբանական մաքրում + առաջադեմ մաքրում: Մաքրման տարածված մեթոդները ներառում են ֆիզիկական մաքրում (օրինակ՝ նստվածքացում և ֆիլտրացիա), քիմիական մաքրում (օրինակ՝ կոագուլյացիա և չեզոքացում) և կենսաբանական մաքրում (օրինակ՝ ակտիվացված տիղմի գործընթացներ և կառուցապատված ճահճուտներ):
Ի՞նչ քիմիական նյութեր են անհրաժեշտ շաքարի արդյունաբերությունից կեղտաջրերը մաքրելու համար։
Քիմիական կիրառման հատուկ քայլերը և մեթոդները հետևյալն են.
| Բուժման փուլ | Նպատակ | Առաջարկվող քիմիական նյութեր | Հիմնական գործառույթներ |
| 1. Հումքի լվացում և նախնական մշակում | Հեռացրեք ավազը, ցեխը, մանրաթելերը, կախված պինդ մարմինները | PAC (պոլիալյումինի քլորիդ) | Արագ կոագուլյացիա, SS-ի և պղտորության հեռացում |
| ՊԱՄ (պոլիակրիլամիդ) – անիոնային/ոչ իոնային | Լորձաթաղանթի առաջացումը, ուժեղացնում է նստվածքի նստվածքը | ||
| Փրփրացնող | Վերահսկում է եղեգի լվացման և հյութի արդյունահանման ընթացքում առաջացող փրփուրը | ||
| 2. Հավասարակշռում և pH կարգավորում | Կայունացրեք ներհոսքի որակը, կարգավորեք pH-ը հետագա գործընթացների համար | Լայմ (CaO / Ca(OH)₂) | Բարձրացնում է pH-ը, մասնակիորեն հեռացնում է կարծրությունը |
| Նատրիումի հիդրօքսիդ (NaOH) | pH-ի ճշգրիտ կարգավորում | ||
| Ծծմբական թթու / աղաթթու | Նվազեցնում է pH-ը | ||
| Փրփրացնող | Նվազեցնում է փրփուրը հավասարեցնող ավազանում | ||
| 3. Կոագուլյացիա և ֆլոկուլյացիա (առաջնային նստվածքացում) | Հեռացնել կախված պինդ նյութերը, կոլոիդները, ներկանյութը, նվազեցնել COD-ը | PAC / PolyDADMAC / Պոլիամին | Առաջնային կոագուլյանտներ պղտորության և գույնի հեռացման համար |
| PAM (անիոնային) | Բարելավում է փոշու ամրությունը և նստվածքի արագությունը | ||
| Կոագուլյանտ օժանդակ միջոցներ (օրինակ՝ մագնեզիումի սիլիկատ) | Բարելավում է պարզությունը և կայունացման արդյունավետությունը | ||
| 4. Անաէրոբ կենսաբանական մշակում (UASB, EGSB) | Նվազեցնել բարձր օրգանական բեռը (COD, BOD) | Սննդարար հավելումներ (ազոտի և ֆոսֆորի աղբյուրներ) | Պահպանել մանրէային ակտիվությունը և առողջ բիոմասսան |
| pH կարգավորիչներ | Անաէրոբ մանրէների համար պահպանեք օպտիմալ pH (6.8–7.2) | ||
| Փրփրացնող | Ճնշում է բիոգազի հետ կապված փրփուրը | ||
| 5. Աերոբիկ մշակում (ակտիվացված տիղմ, SBR) | Հետագայում նվազեցնել COD-ը, BOD-ը, ամոնիակը | Սննդարար հավելումներ (N & P) | Ապահովում է միկրոօրգանիզմների համար հավասարակշռված սննդանյութեր |
| Փրփրացնող | Կարգավորում է փրփուրը օդափոխության ընթացքում | ||
| Կենսաֆերմենտներ / Մանրէային կուլտուրաներ | Բարձրացնում է կենսաբանական քայքայման արդյունավետությունը | ||
| 6. Ավելի առաջադեմ բուժում (եթե կիրառվում են խիստ դուրսգրման չափանիշներ) | Բարելավել պարզությունը, հեռացնել մնացորդային COD, SS, գույնը | Պոլիամին / ՊոլիԴԱԴՄԱԿ | Ուժեղ գունաթափում և պղտորության հեռացում |
| ՊԱԿ | Լրացուցիչ SS և կոլոիդային հեռացում | ||
| PAM (բարձր մոլեկուլային քաշ) | Վերջնական ֆլոկուլյացիա և փայլեցում | ||
| Ակտիվացված ածխածին | Հեռացնում է գույնը, հոտը և օրգանական մնացորդները | ||
| 7. Ախտահանում և ջրի վերօգտագործում | Ապահովել մանրէային անվտանգությունը արտանետման կամ վերօգտագործման համար | Կալցիումի հիպոքլորիտ | Հզոր ախտահանում |
| Նատրիումի հիպոքլորիտ | Սովորական առցանց դեղաչափով ախտահանիչ միջոց | ||
| SDIC (նատրիումի դիքլորիզոցիանուրատ) | Կայուն, երկարատև քլորի արտազատում | ||
| TCCA (տրիքլորիզոցիանուրիկ թթու) | Բարձր քլորի պարունակություն, դանդաղ արտազատվող քլորացում |
Շաքարի արտադրությունը բարդ արդյունաբերական գործընթաց է, որը պահանջում է ճշգրիտ վերահսկողություն յուրաքանչյուր փուլում՝ հումքի պատրաստումից և հյութի ստացումից մինչև մաքրում, գոլորշիացում, բյուրեղացում, զտում և կեղտաջրերի մաքրում: Յուրաքանչյուր փուլ ներկայացնում է իր սեփական մարտահրավերները, ներառյալ կախված պինդ նյութերը, գույնը, մանրէային ակտիվությունը, փրփուրի առաջացումը և թեփի կուտակումը: Շաքարի արտադրության գործընթացի յուրաքանչյուր փուլում համապատասխան քիմիական նյութեր ներառելով՝ շաքարի գործարանները կարող են մեծացնել արտադրությունը, բարելավել բյուրեղների որակը, բարելավել գույնը, նվազեցնել կորուստները և նվազագույնի հասցնել պարապուրդի ժամանակը: Միաժամանակ, օպտիմալացված քիմիական լուծույթները նպաստում են շրջակա միջավայրի պաշտպանությանը՝ կեղտաջրերի ավելի արդյունավետ մաքրման և քիմիական թափոնների կրճատման միջոցով:
Քիմիական ճիշտ գործընկեր ընտրելը թույլ է տալիս շաքարի գործարաններին բարելավել արտադրության արդյունավետությունը, ապահովել արտադրանքի կայուն որակ, երկարացնել սարքավորումների կյանքի տևողությունը և հասնել երկարաժամկետ շահագործման գերազանցության։