تولید شکر از نیشکر

[Mahdi Eng 22,940]

مراحل تولید شکر از نیشکرگرچه تا حدی مشابه مراحل تولید شکر از چغندر است بطور کلی این صنعت را میتوان در دو بخش مورد مطالعه قرار داد:

 

تولید شکر خام

تصفیه شکر خام و تهیه شکر سفید از آن

 

برداشت و انبار کردن نیشکر : گیاه نیشکر در مناطق گرمسیری کشت می شود، مقدار قند نیشکر اغلب در حد 15-10درصد و در مواردی تا 17 درصد می باشد .برداشت نیشکر با روش دستی یا با دستگاههای مخصوص امکان پذیر است .در برخی موارد قبل از برداشت، برگهای نیشکر را می سوزانند .پس از برداشت، نیشکر به کارخانه حمل می شود بر خلاف چغندر قند، نیشکر قابل انبار کردن و ذخیره سازی در کارخانه نیست و مواد قندی آن سریعا"در اثر نگهداری دچار تجزیه می گردند و وزن نیشکر در اثر از دست دادن رطوبت کم می شود . هرچه نیشکر به صورت تازه تر به مصرف کارخانه برسد، بهتر خواهد بود، لذا معمولا"کارخانه ها محلی برای نگهداری نیشکر به منظور مصرف در روزهای بعد نداشته و نیشکر تحویلی، در همان روز به مصرف می رسد . نیشکر وارد شده به کارخانه پس از توزین، روی دستگاه تفاله مخصوص تخلیه می گردد و به سمت محل فرآیند انتقال می یابد .

شستشوی نیشکر : شستشوی نیشکر ساده بوده و در مقایسه با شستشوی چغندر به آب کمتری نیاز دارد . ضمن حرکت نیشکر توسط تفاله با پاشیدن آب بر روی آن شستشو انجام می گیرد . آب گل آلود حاصل از شستشو، از طریق روزنه های نقاله خارج شده و به فاضلاب می رود، در این آب مقداری مواد قندی وجود دارد که به عنوان ضایعات شستشوی نیشکر به حساب می آید. با استفاده از آهنربای مخصوص قطعات کوچک آهنی همراه با نیشکر نیز جدا سازی می شوند.

عصاره گیری از نیشکر : برای عصاره گیری نیشکر را باید آماده کرد، در عملیات آماده سازی نیشکر دستگاههای متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرد . از جمله دستگاه برش نیشکردستگاه خرد کن و دستگاه شریدر. شربت خام نیشکر که از عصاره گیری بدست می آید، رنگ سبز مایل به خاکستری یا سبز تیره داشته و ph آن غالبا" حدود 4/5-2/5 می باشد. با توجه به متغیر بودن ترکیبات نیشکر، ترکیبات تشکیل دهنده شربت خام نیز متغیر است،

 

استفاده از فرایند انتشار برای عصاره گیری از نیشکر(این روش به عنوان روشی نسبتا" جدید برای استخراج قند از نیشکر به جای استفاده از آسیابها مطرح شده است. روش مذکور نسبت به کاربرد آسیابها، به هزینه و سرمایه گذاری کمتری نیاز دارد.

توزین شربت خام : نیشکر برای کنترل دقیق میزان قند وارد شده به فرآیند و محاسبه ضایعات و کنترل فرایندهای بعدی، این نیاز وجود دارد که شربت خام حاصل از مرحله شربت گیری، قبل از انتقال به مرحله تصفیه، توزین شود. عمل توزین معمولا"به حالت غیر مداوم انجام نمی شود، بلکه با استفاده از ترازوهای خودکار مانند ترازوی ماکسول (Maxwell-Boulgene Weigher)و یا ترازوی هو –ریچاردسون (Howe-Richardson scale)انجام می شود.

 

4. آهک زنی به شربت خام نیشکر (Liminig of cane juice) : با توجه به ناخالصیهای موجود در شربت خام نیشکر،یکی از راه های جدا سازی این مواد از روش آهک زنی است. در اثر آهک زنی که به صورت افزودن شیر آهک انجام می شود، ضمن خنثی شدن حالت اسیدی شربت،بسیاری از ناخالصیها، آماده رسوب کردن می شوند. در برخی از کارخانه ها به جای مقداری از آهک و یا کل آن از منیزیم یا ترکیبات منیزیم و در برخی موارد از ساکارات برای تصفیه شربت خام استفاده می شود. روشهای آهک زنی نیز متفاوت است و آهک زنی به صورت سرد،گرم،آهک زنی مرحله به مرحله و دو بار گرم کردن fractional Liming and double heating)انجام می گیرد، اما به نظر می رسد روش آهک زنی سرد (cold liming)در این مورد مناسب تر باشد. مقدار شیر آهک مصرفی برای آهک زنی به شربت خام نیشکر،بسیار کمتر از آهک مصرفی برای شربت خام چغندر قند است. علت آن است که میزان قند انورت در شربت خام نیشکر بالا است و اگر در شربت پس از آهک زنی،آهک اضافی باقی بماند با قندهای انورت واکنش داده و ایجاد نمکهای محلول می کند که در افزایش رنگ و ویسکوزیته شربت مؤثر هستند و از طرف دیگر چنانچه دمای چنین شربتی بالا رود وجود حالت قلیایی زیاد، موجب تشدید انورسیون در شربت نیز می شود. به همین دلیل مقدار شیر آهک که با بومه حدود 15تهیه می شود،در حدی به شربت خام زده می شود که ph شربت را از حدود 5/4-5/2به حدود 8/5-8 برساند وphبالاترنرود. در روش آهک زنی سرد، پس از افزودن شیر آهک به شربت حدود 15تا20 دقیقه زمان داده می شود سپس شربت را با عبور دادن از مبدلهای حرارتی به دمای حدود 107-104 درجه سانتیگراد می رسانند و به قسمت ته نشین سازی ناخالصیها منتقل می کنند.گرم کردن شربت،ویسکوزیته آنرا کاهش داده و موجب تسریع ته نشینی ناخالصیهامی شود.

 

5. ته نشین سازی ناخالصیها و زلال سازی شربت نیشکر Clarification of cane juice): برای ته نشینی مناسب مواد غیر قندی و حفظ حداکثر ساکاروز در شربت و کاهش قند وارد شده به گلهای ته نشین شده، وجود انیدرید فسفریک (P2O5) در شربت اهمیت زیادی دارد. چنانچه این ماده در شربت نیشکر کمتر از 300 (ppm) باشد، ته نشینی ناخالصیها بخوبی صورت نمی گیرد. سعی می شود که تصفیه و جدا سازی ناخالصیهای در این مرحله در حدی انجام می شود که بتوان از شربت حاصل، طی مرحله کریستالیزاسیون،شکر خام بدست آورد.

 

6.تغلیظ شربت: شربت در تبخیر کننده های چند مرحله ای (مثلا"اواپراتورهای 3یا4یا5 مرحله ای ) متصل به خلا تغلیظ می شود، بهتر است که قبل از ورود شربت در بدنه اول، آنرا تا دمای جوش پیش گرم کرد. معمولا"بریکس شربت در تبخیر کننده های مذکور به حدود 65-55 درصد رسانده شود.از نکات مهم در مرحله تبخیر ،افت pH شربت است که معمولا" درصد0/3 می باشد، اما نباید که از ۰.۵ بیشتر شود.

 

7. طباخی برای تولید شکر خام: شربت غلیظ حاصل شده در مرحله به دیگهای پخت تحت خلا منتقل می شد. به طور بسیار خلاصه عملیات طباخی به صورت چند مرحله ای برای مثال سه مرحله ای انجام می شود. در هر مرحله پس از طی مراحل کیریستالیزاسیون، مخلوطی از کریستال و پسآب به نام ماسکویت خواهیم داشت. با سانتریفوژ کردن ماسکویت در دستگاه سانتریفوژ مربوط به همان پخت، شکر مربوط به آن پخت و پسآب جداسازی می شوند. برای مثال در سیستم سه پختی، شکر درجه (A) ،شکر درجه (B) و شکر درجه © و پسآب (A)،پسآب (B) و پسآب © یا پسآب پخت آخر را خواهیم داشت که به پسآب پخت آخر ملاس نهایی (final molasses) می گویند. معمولا"شکر حاصل از پخت یک (A)یعنی شکر درجه (A) به نام شکر خام (raw sugar) نیشکر خوانده می شود. شکر خام، شکری است که هنوز بطور کامل تصفیه نشده و مقداری مواد رنگی و ناخالصی با آن است و درجه خلوص آن اغلب حدود 98-96 می باشد. شکر خام را می توان طی عملیات خاصی تصفیه کرد واز آن شکر سفید بدست آورد.

 

8. تصفیه شکر خام: تصفیه خانه های (refineries) شکر خام دو دسته هستند، برخی از آنها متصل به قسمت تولید شکر خام می باشند، اما برخی دیگر به عنوان تصفیه خانه ای مستقل بوده و شکر خام مربوط به سایر کارخانه ها یا شکر خام وارداتی از سایر کشور ها را تصفیه می کنند. هدف از تصفیه شکر خام آن است که که مواد ناخالصی و مواد رنگی باقی مانده در آنرا تا حد ممکن جداسازی کرده بطوری که با طباخی و کریستالیزاسیون مجدد بتوان شکر سفید با درجه خلوص نزدیک به ۱۰۰ را بدست آورد. روشهای مختلفی برای تصفیه شکر خام معمول است و مراحل مختلفی برای تهیه شربت تصفیه شده ای از شکر خام که بتوان از آن شکر سفید تولید کرد، طی می شود. مراحل مذکور به عنوان نمونه و به طور خلاصه میتوانند شامل : آفیناسیون شکر خام، حل کردن شکر خام آفینه شده، تصفیه شیمیایی شربت شکر خام و صاف کردن باشد.

 

9. آفیناسیون شکر خام (Affination of raw sugar): در برخی از کارخانه ها به منظور جدا سازی قشری از مواد رنگی و ناخالصی مه معمولا" سطح کریستالهای شکر خام را پوشانده است، عمل آفیناسیون بر روی آن انجام می شود و شکر خام با درجه خلوص بالاتر بدست می آید. در این روش شکر خام با شربتی دارای غلظت بالا مانند پسآب سبز (green syrup) مخلوط می شود و ماگای خاصی بدست می آید. پس از اعمال فر آیند آفیناسیون، شکر خام بدست آمده را شکر آفینه (affined sugar) یا شکر شسته شده (washed sugar) می خوانند. در برخی موارد به جای پسآب سبز از پسآب حاصل از سانتریفوژ ماسکویت شکر سفید نیز می توان برای آفیناسیون استفاده کرد. در صورتی که درجه خلوص شربت سبز کم شود، از آن در آفیناسیون شکر خام استفاده نمی شود، بلکه به مصارف دیگر می رسد.

 

10.حل کردن شکر خام[6] : قبل از اعمال هر گونه فر آیند برای تصفیه شیمیایی شکر خام یا شکر آفینه شده، باید آنرا حل کرد. برای این منظور شکر خام را وارد دستگاه حل کننده مجهز به همزن کرده و به آن آب کندانس گرم و آب گرم محتوی مواد قندی[7] اضافه می کنند، تا حل شود. بریکس شکر خام حل شده یا شربت شکر خام[8] اغلب نزدیک 60 درصد در نظر گرفته می شود و پس از حل شدن آنرا صاف می کنند.

 

11. تصفیه شربت شکر خام: در این مورد نیز روشهای متنوعی وجود دارد و هر کارخانه بر حسب طراحی خطوط تولید و نوع دستگاه به یکی از روشها کار تصفیه را انجام می دهد که در اینجا برای نمونه به دو روش اشاره می شود:تصفیه با استفاده از ترکیبات فسفات دار و شیر آهک و تصفیه شکر خام با شیر آهک و گاز کربنیک

 

12. طباخی برای تولید شکر سفید: شربت تصفیه شده غلیظ که از مراحل قبل بدست آمده به آپارات (دیگ) پخت وارد شده و مراحل طباخی یا کریستالیزاسیون در مورد آن طی شود. در نهایت ماسکویت شکر سفید حاصل شده که به سانتریفوژهای غیر مداوم منتقل می گردد. نتیجه مرحله سانتریفوژ کردن، شکر سفید و پسآب می باشد. شکر سفید کمی رطوبت دارد، لذا در خشک کن شکر، خشک شده و سپس آماده بسته بندی، انبار کردن و توزیع برای مصرف خواهد بود. به طور تقریبی برای تولید هر 100 تن شکر سفید تصفیه شده، حدود 129 تن شکر خام باید وارد فرآیند شود. در صورتی که شکر خام آفینه شده در نظر گرفته شود برای تولید هر 100 تن شکر سفید تصفیه شده، به حدود 111 تن شکر خام آفینه شده نیاز است