Sykur er ein mest neysluð matvæli í heiminum, aðallega unninn úr sykurreyr og sykurrófum. Framleiðsla á hágæða sykri er flókið ferli sem felur í sér mörg stig: útdrátt, hreinsun, uppgufun, kristöllun og hreinsun. Á hverju stigi sykurvinnslu þarf að hafa nákvæmlega eftirlit með gæðum og hreinleika sykursafans. Náttúruleg óhreinindi, svo sem kolloidal agnir, prótein, litarefni og örverur, geta haft alvarleg áhrif á skilvirkni hreinsunar, síunar og kristöllunar.
Efni gegna lykilhlutverki í nútíma sykurframleiðsluferlum. Án viðeigandi efnaeftirlits geta þessi óhreinindi valdið skurðum, litavandamálum og framleiðslutapi. Efni í sykurframleiðslu auka ekki aðeins skilvirkni og framleiðslu, heldur bæta einnig gæði vöru, draga úr orkunotkun og hjálpa verksmiðjum að uppfylla umhverfisverndarstaðla. Þessi efni geta:
- Bæta skýringarvirkni og aðskilnað á föstu og fljótandi formi.
- Koma í veg fyrir vöxt örvera í ávaxtasafa og sírópi.
- Auka aflitunaráhrif hvíts sykurs með mikilli hreinleika.
- Stjórna myndun froðu og skölunar í uppgufunartækinu og lofttæmisuppgufunartækinu.
Þessi grein tekur sykurreyr sem dæmi til að draga saman sykurframleiðsluferlið á ítarlegan hátt. Hún útskýrir einnig hvernig mismunandi efni - flokkunarefni, sótthreinsiefni, aflitunarefni og froðueyðandi efni - voru notuð á hverju stigi til að tryggja greiðan gang og hágæða sykurframleiðslu.
Sykurframleiðsluferli og notkun efna
Undirbúningur hráefnis
Sykurframleiðsla hefst með uppskeru og undirbúningi hráefna. Sykurreyrinn er þveginn og saxaður til að fjarlægja jarðveg, steina og lauf. Á þessu stigi, ef safinn er látinn standa lengi, mun hann byrja að fjölga örverum. Til að draga úr örveruálagi á yfirborð hráefnanna, koma í veg fyrir mengun eða skemmdir sykursafa meðan á sykurmyndunarferlinu stendur, eru sótthreinsiefni stundum borin á yfirborð sykurreyrs, geymsluvatns eða hreinsibúnaðar.
| Tegund sótthreinsandi efnis | Ráðlagður styrkur | Umsóknaraðferð | Helstu aðgerðir | Varúðarráðstafanir | Kostir |
| Natríumhýpóklórít (NaClO) | 50–200 ppm af fríu klóri | Úða eða leggja í bleyti á yfirborð sykurreyrsins í 5–10 mínútur | Breiðvirk sótthreinsun, dregur úr örveruálagi | Viðmiðunarþéttni (almennt 50–200 ppm af fríu klóri). Forðist óhóflega mikið klór í safanum til að koma í veg fyrir lit eða kristöllun. Skolið eða látið renna af eftir notkun ef þörf krefur. | Breiðvirk sótthreinsun; lágur kostnaður. |
| Natríumdíklórísósýanúrat (SDIC) | 50–150 ppm af fríu klóri | Úða eða leggja í bleyti á yfirborð sykurreyrsins í 5–10 mínútur | Mikil stöðugleiki, sterk sótthreinsunarvirkni | Hafðu stjórn á fríu klóri til að forðast að hafa áhrif á kristöllun og lit safans. | Stöðugara en natríumhýpóklórít; mikil afköst; stýrð klórleifar; mikið notað í matvælavinnsluumhverfum. |
| Vetnisperoxíð (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Bætt í hreinsivatn eða yfirborðsúða | Sótthreinsun, engin leifar, umhverfisvæn | Viðmiðunarstyrkur; almennt 0,1–0,5% fyrir yfirborðsmeðhöndlun. Farið varlega með við notkun. | Brotnar niður án leifa; öruggt og umhverfisvænt. |
| Heitt vatn / gufa | Heitt vatn við 80–90°C eða gufa við 100°C | Skolun með heitu vatni eða gufumeðferð í 2–5 mínútur | Sótthreinsun án efnaaukningar | Mikil orkunotkun; krefst viðeigandi búnaðar; fylgið öryggisráðstöfunum. | Engin efnaaukefni; dregur úr efnaleifum. |
| Þrif á verksmiðju/mannvirkjum og sótthreinsun vatns | SDIC, 50–100 ppm | Þrif á búnaði, flutningatækjum | Kemur í veg fyrir aukamengun | Skiptið reglulega um og fylgist með styrk frís klórs. | — |
Ráðlagður starfsháttur
Þegar sykurreyr kemur inn í verksmiðjuna er hann fyrst þveginn með hreinu vatni til að fjarlægja óhreinindi og jarðveg.
Síðan er yfirborðssótthreinsun framkvæmd með því að úða lágstyrktri SDIC eða natríumhýpóklóríti eftir aðstæðum.
Vatnsból og hreinsibúnað sykurverksmiðjunnar ætti einnig að sótthreinsa reglulega til að tryggja almennt hreinlætisumhverfi.
Safaútdráttur
Eftir fyrsta skrefið, þrif og sótthreinsun, er næsta skref að vinna úr sykurreyrsafa. Safinn er venjulega unninn með vélrænni pressun eða dreifikerfum. Þetta skref felur í sér að brjóta niður harða uppbyggingu sykurreyrsins og vinna safann úr honum.
Í flestum tilfellum samanstendur sykurreyrpressa af þremur valsmyllum ásamt saxara eða snúningsblöðum. Eftir að sykurreyrinn hefur verið unninn á einu færibandi er hann færður á annað færibandi til að draga meiri safa út. Hins vegar, áður en hann er fluttur, er vatni fyrst stráð yfir til að draga safann enn frekar út. Leifarnar sem eftir eru eftir safapressuna kallast bagasse.
Safi inniheldur leysanleg og sviflaus óhreinindi, þar á meðal plöntutrefjar, prótein og jafnvel jarðvegsagnir sem hafa verið alveg skolaðar burt. Þessi óhreinindi verða að vera meðhöndluð til að auka skilvirkni síðari skýringar og kristöllunar.
Skýring á sykurreyrsafa
Hreinsun safa er mikilvægasta skrefið á fyrstu stigum sykurframleiðsluferlisins. Markmiðið er að fjarlægja óhreinindi (eins og mold, prótein, kolloid, lífræna sýru o.s.frv.) úr sykurreyrsafa og bæta hreinleika hans. Almennt er kalkaðferðin notuð, ásamt fosfórfljótunaraðferðinni eða kolsýringaraðferðinni.
Notkun efna
Lime (CaO)/limemjólk (Ca(OH)2): Hlutleysir súr efni og setur óhreinindi í sundur.
Koltvísýringur (CO2) (notað í kolsýringaraðferðinni): Hvarfast við kalk og myndar kalsíumkarbónatútfellingu sem dregur í sig óhreinindi.
Flokkunar-/storknunarefni: Hjálpar sviflausnum að setjast hratt til botns.
Algengt er að nota: Pólýálklóríð (PAC), pólýakrýlamíð (PAM) o.s.frv.
Brennisteinn (SO2) eða natríumsúlfít: Það gegnir hlutverki í bleikingu, aflitun og sótthreinsun í fosfórflotun.
Síun og forhitun
Eftir að safinn hefur verið hreinsaður þarf að sía hann til að fjarlægja botnfall. Það er mikilvægt að forhita safann áður en hann gufar upp, þar sem það hjálpar til við að draga úr seigju hans og koma í veg fyrir örveruvöxt.
Uppgufun og styrkur
Ávaxtasafanum er síðan þykkt í síróp með fjölvirkum uppgufunarbúnaði, sem lækkar rakastigið úr um það bil 85% í 30-40%. Lofttæmisuppgufun hjálpar til við að viðhalda gæðum sykursins, en hún hefur einnig í för með sér nokkrar rekstrarlegar áskoranir:
- Uppleyst prótein og yfirborðsvirk efni valda froðumyndun.
- Kalkmyndun á yfirborði uppgufunartækisins.
Efnafræðileg notkun:
Froðueyðir: Froðueyðir úr sílikoni sem bæla froðu við háan hita. Froðueyðir úr pólýeter og fitualkóhóli sem henta fyrir ávaxtasafakerfi með meðalstórri froðu.
Kalkhemlar/dreifiefni: Koma í veg fyrir myndun kalsíumkarbónats eða súlfats í uppgufunartækinu.
Áhrif: Skilvirk froðustjórnun og kalkavarnir tryggja jafna uppgufun, meiri skilvirkni varmaflutnings og minni niðurtíma.
Kristöllun
Kristöllunarferlið í sykurframleiðslu (oft kallað suða í greininni) er mikilvægt skref í að breyta þykkni sykursírópi í fasta súkrósakristalla. Þétta sírópið er soðið í lofttæmiskatli til að hefja sykurkristöllun. Rétt kristöllun er nauðsynleg fyrir sykuruppskeru, kristallastærð og lit. Þetta er flókið eðlisefnafræðilegt ferli sem er hannað til að stjórna stærð og einsleitni útfelldra súkrósakristalla.
Froðueyðir eru oft notaðir í þessu ferli. Þeir stjórna froðumyndun við suðu og koma í veg fyrir að síróp flæði yfir.
Stöðug kristöllun eykur sykurframleiðslu og dregur úr tapi við skilvindu.
Skiljun og aðskilnaður
Eftir kristallamyndun eru kristallarnir aðskildir frá melassanum með skilvindu og síðan þurrkaðir í gegnum heitar pípur. Hægt er að vinna melassann frekar til framleiðslu á etanóli, fóður eða öðrum tilgangi.
Aflitun og hreinsun
Aflitun og hreinsun er lokastigið í sykurframleiðsluferlinu og er aðallega notað við framleiðslu á hreinum, hvítum sykri (eins og strásykri eða steinsykri) með mikla hreinleika. Þetta stig krefst notkunar á miklu magni af efnum og aðsogsefnum.
Algeng efni sem notuð eru eru meðal annars:
Virkt kolefni (duft eða korn): Aðsogast pólýfenól, karamellu og önnur litarefni.
Aflitun plastefna/jónaskiptaplastefna: Fjarlægið jónísk og ójónísk lituð efnasambönd.
Vetnisperoxíð (H₂O₂): Oxar eftirstandandi litarefni og lýsir enn frekar lit sírópsins.
Aflitunarefni: Tryggið lágt ICUMSA gildi og hátt sjónrænt gæði.
Ofangreint lýsir helstu ferlum og efnafræðilegum notkunarmöguleikum í sykuriðnaðinum.
Tengd efni sýna:
Hvernig er skólp frá sykuriðnaðinum meðhöndlað?
Sykurverksmiðjur framleiða frárennslisvatn við sykurframleiðslu. Þetta frárennslisvatn er flókið að gæðum og hefur mikið mengunarálag, sem krefst kerfisbundinnar vatnshreinsunar áður en það er losað.
Skólpvatnið kemur aðallega frá þvotti á hráefnum, þrifum á búnaði, skólpi frá sykurframleiðsluferlum, kælivatni/þéttivatni og tæmingu katla. Þetta skólp einkennist af mjög háu efnafræðilegu efni (COD) og líffræðilegu efni (BOD) (vegna sykurinnihalds), háu innihaldi svifagna, mikilli niðurbrjótanleika og inniheldur stundum olíu og leðju. Þess vegna er venjulega notuð samsetning af ferlum - forvinnsla + storknun og botnfelling + líffræðileg hreinsun + háþróuð hreinsun - til að meðhöndla þetta skólp. Algengar meðhöndlunaraðferðir eru meðal annars líkamleg meðhöndlun (svo sem botnfelling og síun), efnameðferð (svo sem storknun og hlutleysing) og líffræðileg meðhöndlun (svo sem virkjað sey og smíðuð votlendi).
Hvaða efni þarf til að hreinsa frárennslisvatn frá sykuriðnaðinum?
Sérstök skref og efnafræðileg notkun eru sem hér segir:
| Meðferðarstig | Tilgangur | Ráðlögð efni | Helstu aðgerðir |
| 1. Þvottur og forvinnsla hráefna | Fjarlægið sand, leðju, trefjar, sviflausnir | PAC (pólýalumínklóríð) | Hraðstorknun, fjarlæging á SS og gruggi |
| PAM (pólýakrýlamíð) – Anjónískt/ójónískt | Flokkmyndun, eykur botnfall | ||
| Froðueyðir | Stýrir froðu sem myndast við þvott reyrs og safaútdrátt | ||
| 2. Jöfnun og pH-stilling | Stöðugleika gæði innrennslis, aðlaga pH fyrir niðurstreymisferli | Kalk (CaO / Ca(OH)₂) | Hækkar pH, fjarlægir hluta hörku |
| Natríumhýdroxíð (NaOH) | Nákvæm pH-stilling | ||
| Brennisteinssýra / saltsýra | Lækkar pH-gildi | ||
| Froðueyðir | Minnkar froðu í jöfnunartankinum | ||
| 3. Storknun og flokkun (frumsetmyndun) | Fjarlægið sviflausnir, kolloid, lit; minnkið súrefnisþörf (COD) | PAC / PolyDADMAC / Polyamine | Frumstorknunarefni til að fjarlægja grugg og lit |
| PAM (anjónískt) | Bætir flokkstyrk og botnfallshraða | ||
| Storknunarhjálparefni (t.d. magnesíumsílíkat) | Bætir skýrleika og róandi afköst | ||
| 4. Loftfirrt líffræðileg meðferð (UASB, EGSB) | Minnka mikið lífrænt álag (COD, BOS) | Næringarefnisaukefni (N & P uppsprettur) | Viðhalda örveruvirkni og heilbrigðum lífmassa |
| pH-stillir | Halda kjörsýrustigi (pH) (6,8–7,2) fyrir loftfirrtar bakteríur | ||
| Froðueyðir | Dregur úr froðu sem tengist lífgasi | ||
| 5. Loftháð meðferð (virkjað sey, SBR) | Minnkaðu frekar COD, BOD, ammóníak | Næringarefni (N & P) | Veita örverum jafnvægi í næringarefnum |
| Froðueyðir | Stýrir froðu við loftræstingu | ||
| Lífensím / örveruræktun | Eykur skilvirkni líffræðilegrar niðurbrots | ||
| 6. Ítarleg meðferð (ef strangar útskriftarreglur gilda) | Bæta skýrleika, fjarlægja leifar af COD, SS, lit | Pólýamín / PolyDADMAC | Sterk aflitun og fjarlæging gruggs |
| PAC | Viðbótar fjarlæging á SS og kolloidum | ||
| PAM (hár sameindaþyngd) | Lokaflokkun og fæging | ||
| Virkjað kolefni | Fjarlægir lit, lykt og lífrænar leifar | ||
| 7. Sótthreinsun og endurnýting vatns | Tryggið örverufræðilegt öryggi við losun eða endurnotkun | Kalsíumhýpóklórít | Öflug sótthreinsun |
| Natríumhýpóklórít | Algengt sótthreinsiefni sem skammtar á netinu | ||
| SDIC (natríumdíklórísósýanúrat) | Stöðug, langvarandi klórlosun | ||
| TCCA (tríklórísósýanúrínsýra) | Hátt klórinnihald, hægfara klórun |
Sykurframleiðsla er flókið iðnaðarferli sem krefst nákvæmrar stjórnunar á hverju stigi - frá undirbúningi hráefnis og safavinnslu til hreinsunar, uppgufunar, kristöllunar, hreinsunar og meðhöndlunar skólps. Hvert stig hefur sínar eigin áskoranir, þar á meðal sviflausnir, lit, örveruvirkni, froðumyndun og uppsöfnun kalks. Með því að samþætta viðeigandi efni í hvert stig sykurframleiðsluferlisins geta sykurmyllur aukið framleiðslu, bætt gæði kristalla, aukið lit, dregið úr tapi og lágmarkað niðurtíma. Samtímis stuðla fínstilltar efnalausnir að umhverfisvernd með skilvirkari meðhöndlun skólps og minni efnaúrgangi.
Að velja réttan efnasamstarfsaðila gerir sykurmyllum kleift að bæta framleiðsluhagkvæmni, tryggja stöðuga vörugæði, lengja líftíma búnaðar og ná langtíma rekstrarárangri.