Цукор є одним із найбільш широко споживаних продуктів харчування у світі, який в основному отримують з цукрової тростини та цукрового буряка. Виробництво високоякісного цукру – це складний процес, що включає кілька етапів: екстракцію, освітлення, випаровування, кристалізація та рафінування. На кожному етапі переробки цукру необхідно точно контролювати якість та чистоту цукрового соку. Природні домішки, такі як колоїдні частинки, білки, пігменти та мікроорганізми, можуть серйозно вплинути на ефективність освітлення, фільтрації та кристалізації.
Хімічні речовини відіграють вирішальну роль у сучасних процесах виробництва цукру. Без належного хімічного контролю ці домішки можуть спричинити утворення накипу, проблеми з кольором та втрату продукції. Хімікати для виробництва цукру не лише підвищують ефективність та обсяг виробництва, але й покращують якість продукції, зменшують споживання енергії та допомагають заводам дотримуватися стандартів охорони навколишнього середовища. Ці хімічні речовини можуть:
- Покращує ефективність очищення та ефект розділення твердих і рідких речовин.
- Запобігає росту мікроорганізмів у фруктовому соку та сиропі.
- Посилити ефект знебарвлення високочистого білого цукру-піску.
- Контролювати утворення піни та накипу у випарнику та вакуумному випарнику.
У цій статті на прикладі цукрової тростини як повного опису процесу виробництва цукру розглядається цукрова тростина. Також пояснюється, як на кожному етапі застосовувалися різні хімічні речовини – флокулянти, дезінфікуючі засоби, знебарвлювачі та піногасники – для забезпечення безперебійної роботи та високоякісного виробництва цукру.
Процес виробництва цукру та застосування хімікатів
Підготовка сировини
Виробництво цукру починається зі збору врожаю та підготовки сировини. Цукрову тростину миють та подрібнюють, щоб видалити ґрунт, каміння та листя. На цьому етапі, якщо сік довго стояти, в ньому почнуть розмножуватися мікроорганізми. Щоб зменшити мікробне навантаження на поверхню сировини, запобігти забрудненню або псування цукрового соку під час процесу оцукрювання, на поверхню цукрової тростини, воду для зберігання або обладнання для очищення іноді наносять дезінфікуючі засоби.
| Тип дезінфікуючого засобу | Рекомендована концентрація | Спосіб застосування | Основні функції | Запобіжні заходи | Переваги |
| Гіпохлорит натрію (NaClO) | 50–200 ppm вільного хлору | Обприскування або замочування поверхні цукрової тростини протягом 5–10 хвилин | Широкоспектрова стерилізація, зменшує мікробне навантаження | Контролюйте концентрацію (зазвичай 50–200 ppm вільного хлору). Уникайте надмірного залишку хлору в соку, щоб запобігти проблемам із кольором або кристалізацією. За потреби промийте або злийте воду після використання. | Широкоспектрова стерилізація; низька вартість. |
| Дихлорізоціанурат натрію (SDIC) | 50–150 ppm вільного хлору | Обприскування або замочування поверхні цукрової тростини протягом 5–10 хвилин | Висока стабільність, висока ефективність стерилізації | Контролюйте вміст вільного хлору, щоб уникнути впливу на кристалізацію та колір соку. | Стабільніший, ніж гіпохлорит натрію; висока ефективність; контрольований залишковий хлор; широко використовується в харчовій промисловості. |
| Перекис водню (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Додається у воду для очищення або обприскування поверхонь | Стерилізація, без залишків, екологічно чистий | Контрольна концентрація; зазвичай 0,1–0,5% для обробки поверхні. Поводьтеся обережно під час роботи. | Розкладається без залишків; безпечний та екологічно чистий. |
| Гаряча вода / Пара | Гаряча вода при температурі 80–90°C або пара при температурі 100°C | Промивання гарячою водою або обробка парою протягом 2–5 хвилин | Стерилізація без додавання хімікатів | Високе енергоспоживання; вимагає відповідного обладнання; дотримуйтесь запобіжних заходів. | Без хімічних добавок; зменшує кількість хімічних залишків. |
| Дезінфекція води для очищення заводів/приміщень | SDIC, 50–100 ppm | Очищення обладнання, транспортних засобів | Запобігає вторинному забрудненню | Регулярно замінюйте та контролюйте концентрацію вільного хлору. | — |
Рекомендована практика
Коли цукрова тростина потрапляє на завод, її спочатку промивають чистою водою для видалення ґрунту та домішок.
Потім, залежно від умов, проводиться дезінфекція поверхонь шляхом розпилення SDIC низької концентрації або гіпохлориту натрію.
Джерела води та обладнання для очищення цукрового заводу також слід регулярно дезінфікувати для забезпечення загального гігієнічного середовища.
Видобуток соку
Після першого етапу очищення та дезінфекції, наступним кроком є екстракція соку цукрової тростини. Сік зазвичай екстрагують за допомогою механічного пресування або дифузійних систем. Цей крок включає руйнування твердої структури цукрової тростини та екстракцію з неї соку.
У більшості випадків соковижималка для цукрової тростини складається з трьох вальцьових млинів у поєднанні з подрібнювачем або обертовими лопатями. Після обробки цукрової тростини на одному конвеєрі її транспортують на інший конвеєр для отримання більшої кількості соку. Однак перед транспортуванням спочатку її збризкують водою для подальшого отримання соку. Залишок, що залишається після вичавлювання соку, називається багасою.
Сік містить розчинні та зважені домішки, включаючи рослинні волокна, білки та навіть частинки ґрунту, які були повністю змиті. Ці домішки необхідно обробити для підвищення ефективності подальшого освітлення та кристалізації.
Очищення соку цукрової тростини
Освітлення соку є найважливішим кроком на ранній стадії процесу виробництва цукру. Метою є видалення домішок (таких як ґрунт, білок, колоїд, органічна кислота тощо) з соку цукрової тростини та покращення його чистоти. Зазвичай використовується вапняний процес у поєднанні з методом флотації фосфором або методом карбонізації.
Використання хімічних речовин
Вапно (CaO)/вапняне молоко (Ca(OH)2): Нейтралізує кислотні речовини та осаджує домішки.
Вуглекислий газ (CO2) (використовується в методі карбонізації): Реагує з вапном, утворюючи осад карбонату кальцію, який адсорбує домішки.
Допоміжний флокулянт/коагулянт: допомагає швидко осідати зваженим твердим речовинам.
Зазвичай використовуються: поліалюмінійхлорид (PAC), поліакриламід (PAM) тощо.
Сірка (SO2) або сульфіт натрію: він відіграє певну роль у відбілюванні, знебарвленні та стерилізації під час флотації фосфору.
Фільтрація та попереднє нагрівання
Після освітлення сік потрібно профільтрувати, щоб видалити осад. Попереднє нагрівання соку перед випаровуванням має вирішальне значення, оскільки це допомагає зменшити його в'язкість і запобігає росту мікробів.
Випаровування та концентрація
Потім фруктовий сік концентрується в сироп за допомогою багатоефективного випарника, що знижує вміст вологи приблизно з 85% до 30-40%. Вакуумне випарювання допомагає підтримувати якість цукру, але також створює деякі експлуатаційні труднощі:
- Розчинені білки та поверхнево-активні речовини викликають утворення піни.
- Накопичення накипу на поверхні випарника.
Хімічне застосування:
Піногасники: Піногасники на основі силікону для придушення піноутворення за високих температур. Піногасники на основі поліефірів та жирних спиртів, що підходять для систем виробництва фруктових соків середнього рівня піни.
Інгібітори/диспергатори накипу: Запобігають утворенню накипу карбонату кальцію або сульфату у випарнику.
Вплив: Ефективний контроль піноутворення та запобігання утворенню накипу забезпечують плавне випаровування, вищу ефективність теплопередачі та менший час простою.
Кристалізація
Процес кристалізації у виробництві цукру (часто званий у промисловості кип'ятінням) є вирішальним етапом перетворення концентрованого цукрового сиропу на тверді кристали сахарози. Концентрований сироп кип'ятять у вакуумному котлі, щоб ініціювати кристалізацію цукру. Правильна кристалізація є важливою для виходу цукру, розміру кристалів та кольору. Це складний фізико-хімічний процес, призначений для контролю розміру та однорідності осаджених кристалів сахарози.
У цьому процесі часто використовуються піногасники. Піногасники контролюють утворення піни під час кипіння, запобігаючи переливанню сиропу.
Стабільна кристалізація збільшує вихід цукру та зменшує втрати під час центрифугування.
Центрифугування та розділення
Після утворення кристалів, кристали відокремлюють від меляси за допомогою центрифуги, а потім сушать через гарячі труби. Мелясу можна далі переробляти для виробництва етанолу, корму для тварин або інших цілей.
Знебарвлення та рафінування
Знебарвлення та рафінування – це завершальний етап процесу виробництва цукру, який в основному використовується у виробництві високочистого білого рафінованого цукру (такого як цукор-пісок або кам'яний цукор). Цей етап вимагає використання великої кількості хімікатів та адсорбентів.
До поширених хімічних речовин належать:
Активоване вугілля (порошок або гранули): адсорбує поліфеноли, карамель та інші пігменти.
Знебарвлюючі смоли/іонообмінні смоли: Видалення іонних та неіонних кольорових сполук.
Перекис водню (H₂O₂): Окислює залишки пігментів, ще більше освітлюючи колір сиропу.
Знебарвлюючі агенти: забезпечують низькі значення ICUMSA та високу візуальну якість.
Вищезазначене окреслює основні процеси та застосування хімічних речовин у цукровій промисловості.
Відображення пов'язаних хімічних речовин:
Як очищуються стічні води цукрової промисловості?
Цукрові заводи утворюють стічні води під час виробництва цукру. Ці стічні води мають складну якість і високий рівень забруднення, що вимагає систематичного очищення води перед скиданням.
Стічні води в основному утворюються внаслідок промивання сировини, очищення обладнання, стічних вод процесу виробництва цукру, охолоджувальної води/конденсату та продувки котлів. Ці стічні води характеризуються дуже високим вмістом ХСК та БСК (через вміст цукру), високим вмістом завислих речовин, високою біорозкладністю, а іноді містять нафту та мул. Тому для очищення цих стічних вод зазвичай використовується комбінація процесів: попереднє очищення + коагуляція та седиментація + біологічне очищення + поглиблене очищення. Звичайні методи очищення включають фізичне очищення (таке як седиментація та фільтрація), хімічне очищення (таке як коагуляція та нейтралізація) та біологічне очищення (таке як процеси активного мулу та штучні водно-болотні угіддя).
Які хімікати потрібні для очищення стічних вод цукрової промисловості?
Конкретні кроки та застосування хімічних речовин такі:
| Стадія лікування | Мета | Рекомендовані хімічні речовини | Основні функції |
| 1. Миття та первинна попередня обробка сировини | Видалити пісок, бруд, волокна, зважені тверді речовини | PAC (Поліалюмінійхлорид) | Швидка коагуляція, видалення нержавіючих речовин та каламутності |
| PAM (поліакриламід) – аніонний/неіонний | Утворення флокул, покращує осідання | ||
| Піногасник | Контролює піну, що утворюється під час миття тростини та віджиму соку | ||
| 2. Вирівнювання та регулювання pH | Стабілізувати якість вхідної води, регулювати pH для подальших процесів | Вапно (CaO / Ca(OH)₂) | Підвищує pH, частково усуває жорсткість |
| Гідроксид натрію (NaOH) | Точне регулювання pH | ||
| Сірчана кислота / Соляна кислота | Знижує pH | ||
| Піногасник | Зменшує піноутворення у вирівнювальному басейні | ||
| 3. Коагуляція та флокуляція (первинне осадження) | Видалення завислих твердих речовин, колоїдів, кольору; зменшення ХСК | PAC / ПоліДАДМАХ / Поліамін | Первинні коагулянти для видалення каламутності та кольору |
| ПАМ (аніонний) | Покращує міцність флокулів та швидкість осідання | ||
| Коагулянти (наприклад, силікат магнію) | Покращує чіткість та ефективність встановлення | ||
| 4. Анаеробно-біологічна очистка (UASB, EGSB) | Зменшення високого органічного навантаження (ХСК, БСК) | Поживні добавки (джерела N та P) | Підтримка мікробної активності та здорової біомаси |
| Регулятори pH | Підтримуйте оптимальний рівень pH (6,8–7,2) для анаеробних бактерій | ||
| Піногасник | Пригнічує піноутворення, пов'язане з утворенням біогазу | ||
| 5. Аеробне очищення (активований мул, SBR) | Подальше зниження ХСК, БСК, аміаку | Поживні добавки (N та P) | Забезпечення збалансованих поживних речовин для мікроорганізмів |
| Піногасник | Контролює піноутворення під час аерації | ||
| Біоферменти / Мікробні культури | Підвищує ефективність біологічного розкладання | ||
| 6. Поглиблене лікування (якщо застосовуються суворі стандарти виписки) | Покращення чіткості, видалення залишків COD, SS, кольору | Поліамін / ПоліДАДМАК | Сильне знебарвлення та видалення каламутності |
| ПАК | Додаткове видалення нержавіючої сталі та колоїдів | ||
| ПАМ (високомолекулярна маса) | Фінальна флокуляція та полірування | ||
| Активоване вугілля | Видаляє колір, запах та органічні залишки | ||
| 7. Дезінфекція та повторне використання води | Забезпечити мікробну безпеку для скидання або повторного використання | Гіпохлорит кальцію | Потужна дезінфекція |
| Гіпохлорит натрію | Звичайний онлайн-дозуючий дезінфікуючий засіб | ||
| SDIC (дихлорізоціанурат натрію) | Стабільне, тривале вивільнення хлору | ||
| TCCA (трихлорізоціанурова кислота) | Високий вміст хлору, хлорування з повільним вивільненням |
Виробництво цукру – це складний промисловий процес, що вимагає точного контролю на кожному етапі – від підготовки сировини та віджиму до освітлення, випаровування, кристалізації, рафінування та очищення стічних вод. Кожен етап має свої власні проблеми, включаючи зважені тверді речовини, колір, мікробну активність, утворення піни та накопичення накипу. Інтегруючи відповідні хімічні речовини в кожен етап процесу виробництва цукру, цукрові заводи можуть збільшити обсяг виробництва, покращити якість кристалів, покращити колір, зменшити втрати та мінімізувати час простою. Одночасно оптимізовані хімічні рішення сприяють захисту навколишнього середовища завдяки ефективнішому очищенню стічних вод та зменшенню хімічних відходів.
Вибір правильного хімічного партнера дозволяє цукровим заводам підвищити ефективність виробництва, забезпечити стабільну якість продукції, подовжити термін служби обладнання та досягти довгострокової операційної бездоганності.