Suhkur on üks enimtarbitavaid toiduaineid maailmas, mis pärineb peamiselt suhkruroost ja suhkrupeedist. Kvaliteetse suhkru tootmine on keeruline protsess, mis hõlmab mitut etappi: ekstraheerimine, selitamine, aurustamine, kristalliseerimine ja rafineerimine. Suhkru töötlemise igas etapis tuleb suhkrumahla kvaliteeti ja puhtust täpselt kontrollida. Looduslikud lisandid, nagu kolloidsed osakesed, valgud, pigmendid ja mikroorganismid, võivad tõsiselt mõjutada selitamise, filtreerimise ja kristalliseerimise efektiivsust.
Kemikaalidel on tänapäevastes suhkrutootmisprotsessides oluline roll. Ilma nõuetekohase keemilise kontrollita võivad need lisandid põhjustada katlakivi teket, värviprobleeme ja toodangu kadu. Suhkrutootmiskemikaalid mitte ainult ei suurenda efektiivsust ja toodangut, vaid parandavad ka toote kvaliteeti, vähendavad energiatarbimist ja aitavad tehastel täita keskkonnakaitsestandardeid. Need kemikaalid võivad:
- Parandada selitamise efektiivsust ja tahke-vedeliku eraldamise efekti.
- Vältida mikroorganismide kasvu puuviljamahlas ja siirupis.
- Suurendage kõrge puhtusastmega valge granuleeritud suhkru värvimuutust.
- Kontrollige vahu ja katlakivi teket aurustis ja vaakumaurustis.
See artikkel võtab suhkruroo näitena kokku suhkrutootmisprotsessi. Samuti selgitatakse, kuidas igas etapis kasutati erinevaid kemikaale – flokulante, desinfitseerimisvahendeid, värvieemaldajaid ja vahutamisvastaseid aineid, et tagada sujuv töö ja kvaliteetne suhkrutootmine.
Suhkru tootmisprotsess ja kemikaalide kasutamine
Tooraine ettevalmistamine
Suhkrutootmine algab tooraine koristamise ja ettevalmistamisega. Suhkruroogu pestakse ja tükeldatakse mulla, kivide ja lehtede eemaldamiseks. Selles etapis, kui mahl pikka aega seisab, hakkavad selles vohama mikroorganismid. Toorainete pinna mikroobse koormuse vähendamiseks ja suhkrumahla saastumise või riknemise vältimiseks sahharifitseerimisprotsessi ajal kantakse suhkruroo pinnale, hoiuveele või puhastusseadmetele mõnikord desinfitseerimisvahendeid.
| Desinfitseerimisvahendi tüüp | Soovitatav kontsentratsioon | Kasutusmeetod | Peamised funktsioonid | Ettevaatusabinõud | Eelised |
| Naatriumhüpoklorit (NaClO) | 50–200 ppm vaba kloori | Suhkruroo pinna pihustamine või leotamine 5–10 minutit | Laia toimespektriga steriliseerimine, vähendab mikroobide hulka | Kontrollige kontsentratsiooni (üldiselt 50–200 ppm vaba kloori). Vältige mahlas liigset kloorijääki, et vältida värvimuutuse või kristalliseerumise probleeme. Vajadusel loputage või kurnake pärast kasutamist. | Laia spektriga steriliseerimine; madal hind. |
| Naatriumdikloroisotsüanuraat (SDIC) | 50–150 ppm vaba kloori | Suhkruroo pinna pihustamine või leotamine 5–10 minutit | Kõrge stabiilsus, tugev steriliseerimise efektiivsus | Kontrollige vaba kloori hulka, et vältida mahla kristalliseerumise ja värvuse mõjutamist. | Stabiilsem kui naatriumhüpoklorit; kõrge efektiivsus; kontrollitud jääkkloori sisaldus; laialdaselt kasutatav toiduainete töötlemise keskkondades. |
| Vesinikperoksiid (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Lisatakse puhastusvette või pindade pihustamiseks | Steriliseerimine, jääkideta, keskkonnasõbralik | Kontrollkontsentratsioon; pinnatöötluseks üldiselt 0,1–0,5%. Töötamise ajal käsitseda ettevaatlikult. | Laguneb jääke jätmata; ohutu ja keskkonnasõbralik. |
| Kuum vesi / aur | Kuum vesi temperatuuril 80–90 °C või aur temperatuuril 100 °C | Loputage kuuma veega või auruga 2–5 minutit | Steriliseerimine ilma kemikaalide lisamiseta | Suur energiatarve; nõuab sobivat varustust; järgige ohutusnõudeid. | Ei sisalda keemilisi lisandeid; vähendab kemikaalijääke. |
| Tehase/rajatise puhastamine Vee desinfitseerimine | SDIC, 50–100 ppm | Seadmete ja transpordivahendite puhastamine | Hoiab ära sekundaarse saastumise | Vahetage regulaarselt välja ja jälgige vaba kloori kontsentratsiooni. | — |
Soovitatav tava
Kui suhkruroog tehasesse jõuab, pestakse seda esmalt puhta veega, et eemaldada muld ja lisandid.
Seejärel desinfitseeritakse pinnad, pihustades vastavalt tingimustele madala kontsentratsiooniga SDIC-d või naatriumhüpokloriti.
Suhkruvabriku veeallikaid ja puhastusseadmeid tuleks samuti regulaarselt desinfitseerida, et tagada üldine hügieeniline keskkond.
Mahla ekstraheerimine
Pärast esimest puhastamise ja desinfitseerimise etappi on järgmine samm suhkruroo mahla ekstraheerimine. Mahl ekstraheeritakse tavaliselt mehaanilise pressimise või difusioonsüsteemide abil. See etapp hõlmab suhkruroo kõva struktuuri purustamist ja mahla ekstraheerimist.
Enamasti koosneb suhkruroo mahlapress kolmest rullveskist koos hakkija või pöörlevate labadega. Pärast suhkruroo töötlemist ühel konveierilindil transporditakse see teisele konveierilindile, et eraldada rohkem mahla. Enne transportimist piserdatakse aga kõigepealt vett, et mahla veelgi eraldada. Mahla pressimise jääki nimetatakse bagassiks.
Mahl sisaldab lahustuvaid ja hõljuvaid lisandeid, sealhulgas taimseid kiude, valke ja isegi täielikult maha uhutud mullaosakesi. Neid lisandeid tuleb töödelda, et suurendada järgneva selitamise ja kristalliseerimise efektiivsust.
Suhkruroo mahla selgitamine
Mahla selitamine on suhkrutootmisprotsessi algstaadiumis kõige olulisem samm. Eesmärk on eemaldada suhkruroo mahlast lisandid (nt muld, valk, kolloid, orgaaniline hape jne) ja parandada selle puhtust. Üldiselt kasutatakse lubjaprotsessi koos fosfori flotatsioonimeetodi või gaseerimismeetodiga.
Keemiline kasutamine
Lubi (CaO)/lubjapiim (Ca(OH)2): Neutraliseerib happelisi aineid ja sadestab lisandeid.
Süsinikdioksiid (CO2) (kasutatakse karboniseerimismeetodis): Reageerib lubjaga, moodustades kaltsiumkarbonaadi saendi, mis adsorbeerib lisandeid.
Flokulant/koagulant: Aitab hõljuvatel tahketel ainetel kiiresti settida.
Tavaliselt kasutatakse: polüalumiiniumkloriidi (PAC), polüakrüülamiidi (PAM) jne.
Väävel (SO2) või naatriumsulfit: See mängib rolli pleegitamisel, värvitooni eemaldamisel ja steriliseerimisel fosfori flotatsioonil.
Filtreerimine ja eelsoojendamine
Pärast selitamist tuleb mahl sette eemaldamiseks filtreerida. Mahla eelsoojendamine enne aurustamist on ülioluline, kuna see aitab vähendada mahla viskoossust ja takistab mikroobide kasvu.
Aurustamine ja kontsentreerimine
Seejärel kontsentreeritakse puuviljamahl mitmeotstarbelise aurusti abil siirupiks, vähendades niiskusesisaldust ligikaudu 85%-lt 30–40%-le. Vaakumaurustamine aitab säilitada suhkru kvaliteeti, kuid tekitab ka mõningaid tööga seotud väljakutseid:
- Lahustunud valgud ja pindaktiivsed ained põhjustavad vahu teket.
- Katlakivi kogunemine aurusti pinnale.
Keemilised rakendused:
Vahutamisvastased ained: Silikoonipõhised vahutamisvastased ained kõrgel temperatuuril vahu summutamiseks. Polüeetri- ja rasvalkoholipõhised vahutamisvastased ained, mis sobivad keskmise vahu tihedusega puuviljamahla süsteemidele.
Katlakivi inhibiitorid/dispergeerivad ained: takistavad kaltsiumkarbonaadi või -sulfaadi katlakivi teket aurustis.
Mõju: Tõhus vahu kontroll ja katlakivi vältimine tagavad sujuva aurustumise, suurema soojusülekande efektiivsuse ja lühema seisakuaja.
Kristalliseerumine
Suhkru tootmisel toimuv kristallisatsiooniprotsess (tööstuses sageli nimetatakse seda keetmiseks) on kontsentreeritud suhkrusiirupi tahketeks sahharoosikristallideks muutmise oluline etapp. Kontsentreeritud siirupit keedetakse vaakumkatlas, et alustada suhkru kristalliseerumist. Nõuetekohane kristalliseerumine on oluline suhkru saagise, kristallide suuruse ja värvuse jaoks. See on keeruline füüsikalis-keemiline protsess, mille eesmärk on kontrollida sadenenud sahharoosikristallide suurust ja ühtlust.
Selles protsessis kasutatakse sageli vahutamisvastaseid aineid. Vahutamisvastased ained kontrollivad vahu teket keetmise ajal, hoides ära siirupi ülevoolu.
Stabiilne kristalliseerumine suurendab suhkru saagist ja vähendab tsentrifuugimise ajal kadusid.
Tsentrifuugimine ja eraldamine
Pärast kristallide moodustumist eraldatakse kristallid melassist tsentrifuugi abil ja seejärel kuivatatakse kuumade torude kaudu. Melassi saab edasi töödelda etanooli, loomasööda või muuks otstarbeks.
Värvitust ja rafineerimist
Värvitustamine ja rafineerimine on suhkrutootmisprotsessi viimane etapp, mida kasutatakse peamiselt kõrge puhtusastmega valge rafineeritud suhkru (näiteks granuleeritud suhkru või kivisuhkru) tootmisel. See etapp nõuab suures koguses kemikaalide ja adsorbentide kasutamist.
Tavaliselt kasutatavate kemikaalide hulka kuuluvad:
Aktiivsüsi (pulber või graanulid): adsorbeerib polüfenoole, karamelli ja muid pigmente.
Värvitust soodustavad vaigud/ioonvahetusvaigud: eemaldavad ioonsed ja mitteioonsed värvilised ühendid.
Vesinikperoksiid (H₂O₂): Oksüdeerib ülejäänud pigmendid, heledamaks muutes siirupi värvi veelgi.
Värvitust vähendavad ained: tagavad madalad ICUMSA väärtused ja kõrge visuaalse kvaliteedi.
Eelnev kirjeldab suhkrutööstuse peamisi protsesse ja keemilisi rakendusi.
Seotud kemikaalide kuvamine:
Kuidas suhkrutööstuse reovett puhastatakse?
Suhkruvabrikud tekitavad suhkrutootmisprotsessi käigus reovett. See reovesi on keeruka kvaliteediga ja suure saastekoormusega, mis nõuab enne ärajuhtimist süstemaatilist veepuhastust.
Reovesi pärineb peamiselt tooraine pesemisest, seadmete puhastamisest, suhkrutootmisprotsesside reoveest, jahutusveest/kondensaadilt ja katla tühjendamisest. Neid reovesi iseloomustab väga kõrge keemiline hapnikutarve (COD) ja bioloogiline hapnikutarve (BOD) (suhkrusisalduse tõttu), kõrge hõljuvaine sisaldus, tugev biolagunevus ning mõnikord õli ja sette sisaldus. Seetõttu kasutatakse sellise reovee puhastamiseks tavaliselt protsesside kombinatsiooni – eelpuhastus + koagulatsioon ja setitamine + bioloogiline puhastus + edasijõudnud puhastus. Levinud puhastusmeetodite hulka kuuluvad füüsiline puhastus (nt setitamine ja filtreerimine), keemiline puhastus (nt koagulatsioon ja neutraliseerimine) ja bioloogiline puhastus (nt aktiivmudaprotsessid ja tehismärgalad).
Milliseid kemikaale on vaja suhkrutööstuse reovee puhastamiseks?
Konkreetsed etapid ja keemilised rakendused on järgmised:
| Ravi etapp | Eesmärk | Soovitatavad kemikaalid | Peamised funktsioonid |
| 1. Tooraine pesemine ja esmane eeltöötlus | Eemaldage liiv, muda, kiud, hõljuvad tahked ained | PAC (polüalumiiniumkloriid) | Kiire koagulatsioon, SS-i ja hägususe eemaldamine |
| PAM (polüakrüülamiid) – anioonne/mitteioonne | Helveste moodustumine soodustab settimist | ||
| Vahutamisvastane aine | Kontrollib suhkruroo pesemise ja mahla pressimise ajal tekkivat vahtu | ||
| 2. Tasakaalustamine ja pH reguleerimine | Sissetuleva vee kvaliteedi stabiliseerimine, pH reguleerimine allavooluprotsesside jaoks | Lubi (CaO / Ca(OH)₂) | Tõstab pH-d, eemaldab osaliselt kõvadust |
| Naatriumhüdroksiid (NaOH) | Täpne pH reguleerimine | ||
| Väävelhape / vesinikkloriidhape | Alandab pH-d | ||
| Vahutamisvastane aine | Vähendab vahu teket tasakaalustusbasseinis | ||
| 3. Koagulatsioon ja flokulatsioon (primaarne settimine) | Eemalda hõljuvad tahked ained, kolloidid, värvaine; vähenda KHT-d | PAC / PolyDADMAC / Polüamiin | Hägususe ja värvi eemaldamise primaarsed koagulandid |
| PAM (anioonne) | Parandab flokulatsiooni tugevust ja settimiskiirust | ||
| Hüübimisvastased ained (nt magneesiumsilikaat) | Parandab selgust ja lahendab jõudlust | ||
| 4. Anaeroobne bioloogiline töötlemine (UASB, EGSB) | Vähendage suurt orgaanilist koormust (KHT, BHT) | Toitainelisandid (N- ja P-allikad) | Säilita mikroobide aktiivsus ja tervislik biomass |
| pH regulaatorid | Säilita anaeroobsete bakterite jaoks optimaalne pH (6,8–7,2) | ||
| Vahutamisvastane aine | Pärsib biogaasiga seotud vahu teket | ||
| 5. Aeroobne töötlemine (aktiivmuda, SBR) | Vähendage veelgi KHT-d, BHT-d ja ammoniaaki | Toitainelised lisandid (N ja P) | Pakkuda mikroorganismidele tasakaalustatud toitaineid |
| Vahutamisvastane aine | Kontrollib vahtu õhutamise ajal | ||
| Bioensüümid / mikroobikultuurid | Suurendab bioloogilise lagunemise efektiivsust | ||
| 6. Täiustatud ravi (kui kehtivad ranged väljakirjutamisnõuded) | Paranda selgust, eemalda jääk-COD, SS, värv | Polüamiin / polüDADMAC | Tugev värvimuutus ja hägususe eemaldamine |
| PAC | Täiendav SS ja kolloidide eemaldamine | ||
| PAM (kõrge molekulmassiga) | Lõplik flokuleerimine ja poleerimine | ||
| Aktiivsüsi | Eemaldab värvi, lõhna ja orgaanilised jäägid | ||
| 7. Desinfitseerimine ja vee taaskasutamine | Tagada mikroobide ohutus tühjendamisel või taaskasutamisel | Kaltsiumhüpoklorit | Võimas desinfitseerimine |
| Naatriumhüpoklorit | Levinud veebipõhine desinfitseerimisvahend | ||
| SDIC (naatriumdikloroisotsüanuraat) | Stabiilne ja pikaajaline kloori vabanemine | ||
| TCCA (trikloroisotsüanuurhape) | Kõrge kloorisisaldus, aeglaselt vabanev kloor |
Suhkrutootmine on keeruline tööstusprotsess, mis nõuab täpset kontrolli igas etapis – alates tooraine ettevalmistamisest ja mahla valmistamisest kuni selitamise, aurustamise, kristalliseerimise, rafineerimise ja reovee puhastamiseni. Igal etapil on omad väljakutsed, sealhulgas hõljuvained, värvus, mikroobide aktiivsus, vahu teke ja katlakivi kogunemine. Integreerides suhkrutootmisprotsessi igasse etappi sobivaid kemikaale, saavad suhkruvabrikud suurendada tootlikkust, parandada kristallide kvaliteeti, värvi, vähendada kadusid ja minimeerida seisakuid. Samal ajal aitavad optimeeritud keemilised lahendused kaasa keskkonnakaitsele tõhusama reovee puhastamise ja keemilise jäätmete vähendamise kaudu.
Õige keemiapartneri valimine võimaldab suhkruvabrikutel parandada tootmise efektiivsust, tagada järjepidev tootekvaliteet, pikendada seadmete eluiga ja saavutada pikaajaline tegevuse tipptase.