فلوچارت فرایند تولید شکر از چغندر
صنعت قند یکی از گسترده ترین صنایع در زمینه ی تولید مواد غذایی می باشد که تقریبا اکثر دستگاههای کارخانجات مختلف صنایع غذایی در صنعت قند متمرکز شده است ،با توجه به کاهش منابع نفتی در کشورمان ، باید صادرات غیر نفتی خصوصا محصولات کشاورزی رشد روز افزون داشته باشد و صادرات قند و شکر نیز از این مورد مستثنی نیستند ، امروزه به غیر از روش های شیمیایی متداول تصفیه ی قند راههای فراوری جدید که بر مبنای تکنولوژی غشایی بنا شده است در کشورهای پیشرفته در حال توسعه که در این پروژه به دلیل حجم زیاد مطالب به آن اشاره ای نکردیم .
در این پروژه سعی شده است که تکنولوژی قند به ساده ترین شکل ممکن بیان شود تا درک مفاهیم آن برای دانشجویان محترم و صنعت گران آسان شود توصیه می شود دانشجویان محترم برای درک مفاهیم بهتر این درس حتما به دروس شیمی مواد غذایی ، اصول مهندسی صنایع غذایی ، اصول نگهداری مواد غذایی ، تسلط لازم و کافی داشته باشند .
امیدوارم توانسته باشم با این مجموعه ، به عنوان عضو کوچک صنعت غذای کشور در جهت پیشبرد اهداف عالیه این صنعت گامی براشته باشم و این مجموعه نیز در جهت رفع نیاز دانشجویان و صنعت گران موثر واقع شود .
تاریخچه
در مناطق جزایر اقیانوسیه ، گینه ده هزار سال قبل از میلاد مسیح ، نیشکر وجود داشته است و این گیاه به مرور به سرزمین هند منتقل شد و در قرن ۳ میلادی در بنگاله هندوستان ، شکر از نیشکر تولید شد ، نیکشر از کشور هندوستان به ایران (شمال ایران خصوصا مازندران ) منتقل شد ،در قرون وسطی نیشکر در منطقه خلیج فارس ، شیراز و مازندران کاشته می شد و برای تولید شکر مورد استفاده قرار می گرفت و از اینرو در همان زمان نام خوزستان یعنی سرزمین نی بوجود آمد ، نیشکر ایران از خوزستان در جهان معروف می شود و در کشور ایران در قرن ۱۳ میلادی ، برای اولین بار در دنیا ، روش شیمیایی تصفیه شربت کشف می شود و از آن زمان ایران در زمینه ی شکر سفید و تکنولوژی قند با اهمیت شد . مدت شکوفایی صنعت قند در ایران (به دلایل خاص ) کوتاه بودهخ است .
تولید شکر از چغندر قند حدود ۲۵۰ سال قبل شروع می شود که در سال ۱۷۴۷ میلادی مارگاف رئیس آکادمی علوم در برلین ، دریافت که در چغندر قند مقادیری قند (حدود ۷%) وجود دارد بنابراین بعنوان یک منبع قندی می تواند حائز اهمیت باشد ، آقای آخارد شاگرد مارگارف با آزمایشات مختلف در زمینه اصلاح نژاد چغندر قند و تولید صنعتی شکر از چغندر قند در سال ۱۸۰۱ موفق می شود اولین کارخانه ی قند چغندری را در آلمان احداث نماید .
گسترش کشف چغندر از اواسط قرن ۱۸ میلادی به بعد معلول رقابتهای سیاسی و جنگ های دولتی مختلف می باشد ، ضمن اینکه آلمان و فرانسه در این زمینه موفق تر بودند . به همین دلیل رقابت در زمینه ی این صنعت بوجود آمد .
نیشکر از خوزستان به اسپانیا منتقل گشت و کریستف کلمب آنرا به امریکا برد به این ترتیب مزارع نیشکر را در مستعمرات امریکا و مکزیک توسعه دادند .
در ایران اولین کارخانه قند ، کارخانه قند کهریزک در سال ۱۲۷۴ در جنوب شرقی تهران تاسیس شد که توسط بلژیکی ها راه اندازی شد و سپس تا سال ۱۳۱۵ ، کارخانه ی دیگر نیز ساخته می شود . در سال ۱۳۳۶ انحصار دولتی شکر در ایران لغومی شود و سرمایه گذاری مجدد آن را توسط بخش خصوصی برای کارخانه های چغندر قند و نیشکر انجام می گیرد و به مرور زمان تعداد کارخانه های بیشتری ساخته شد .
فصل اول
خصوصیات و شیمی چغندر قند
چغندر قند
چغندر قند از گونه ی بتاولگاریس بوده و گیاهی دو ساله می باشد ، این گیاه سال اول غده تشکیل داده ، سال دوم تولید بند ، گل و بذر می نماید . از نظر ظاهری ، چغندر قند رسیده ی آماده ی مصرف در کارخانه مخروطی شکل می باشد که ریشه ی آن باریک میباشد ، ریشه تا۱/۵ متر نیز ممکن است طولش باشد که به آن دم چغندر قند می گویند .
قسمت فوقانی آن را تنه می گویند ، از قسمت انتهایی دم که قطری حدود ۱ سانتیمتر دارد را قطع نموده و جزء ضایعات محسوب می شود ، سطح خارجی شیارهایی با ریشه های ضیف دارد که مقدارش بستگی به رقم انتخابی چغندر قند دارد قسمت بالای تنه که ریشه ی جانبی ندارد را گردن گویند و قسمتی که روی آن تاج برگ قرار دارد را سر چغندر قند می نامند.
چغندر قند در سال اول کاشت پس از ۲۴۰-۱۷۰ روز برداشت شده و پس از جداسازی برگ و سر به کارخانه حمل شده و نسبت قطر غده به طول غده بستگی به وضعیت مزرعه و آبیاری آن دارد ، اگر آب کافی به مزرعه برسد این نسبت ، بیشتر می شود .
بیشترین مقدار ساکارز در تنه می باشد ، اگر در تنه عیار ۱۷/۹۰% باشد ، در سر چغندر قند حدود ۱۴/۵% است و در قسمت دم نیز میزان عیار بیشتر کاهش می یابد .
چغندر قند همانند سایر گیاهان از تعداد زیادی سلول تشکیل شده و بافت سلولی اصلی غده ی چغندر قند شامل سلولهای ذخیره ای است که به این سلولها پارانشیمی اطلاق می شود ،در یک سانتیمتر مکعب از این بافت حدود ۱۵۰ میلیون سلول پارانشیم وجود دارد که مرکز تجمع عصاره ی قندی هستند .
هر سلول پارانشیمی از یک جدار سلولزی که سلول را احاطه کرده است تشکیل شده است . عصاره ی قندی که در واکوئل تجمع یافته ، دارای غشاء بیولوژیکی بنام پروتوپلاست است که برای خروج این عصاره باید ابتدا این غشاء از حالت نیمه تراوا به تراوا تبدیل شود ، لایه ی بعدی سیتوپلاسم نام دارد که قسمت های مختلف سلولی در آن جای دارد ،غشاء دیگر بیولوژیکی که روی سیتوپلاسم است پلاسما لما نام دارد که نیمه تراوا است ، مواد را از خارج به داخل وارد می کند (آب ،Na، K …) و مولکول های کوچکتر را خارج می کند ولی به ساکارز اجازه ی خروج نمی دهد و برای خروج باید تراوا گردد . اما لایه ی سلولزی قابلیت تراوایی دارد ، بنابراین سه عامل محدود کننده عبور ساکارز وجود دارد که برای عملیات استخراج باید تراوا گردند .
دو غشاء بیولوژیکی باید دارای سوراخ هایی باشد که حین حرارت دهی باز شده و عبور مواد از آن صورت گیرد ، عصاره پس از خروج از سلول وارد کانالهای برون سلولی شده که این کانالها ، عصاره را به خارج بافت هدایت می کنند .
چغندر قند از بافتهای مختلفی تقسیم شده است که به صورت حلقه های رنگی می باشد ، حلقه های مربوط به سلول های پارانشیمی ، برنگ سفید شیری می باشد و بافت آن ها ۳/۴-۲/۳ کل بافت است . حلقه ی بعدی آوندها هستند که رنگشان تیره تر از بافت پارانشیم است ، رویش و گسترش این آوندها در بافت سلولی چغندر قند قند موجب افزایش مقاومت برش در چغندر قند قند می شود که خصوصا در خلال سازی که در مباحث بعدی به آن اشاره خواهیم کرد با اهمیت هستند ، در سر چغندر قند سلولهای پارانشیمی کمتری وجود داردبه همین دلیل درصد قند قسمت سر چغندر قند کمتر است و عیار آن پایین تر است ، همچنین انرژی برش هم بیشتر است ، بنابراین سر چغندر قند از سلولهای خشبی تشکیل شده است و دارای ارزش تکنولوژیکی کمتری می باشد .
مواد تشکیل دهنده ی چغندر قند
بطور کلی چغندر قند از مواد زیر تشکیل شده است که در جدول نشان داده می شود .
اجزای تشکیل دهنده چغندر قند و برگ چغندر قند
ترکیبات شیمیایی چغندر قند برگ چغندر قند
ماده خشک
ساکارز
پروتئین
چربی
الیاف
عصاره ی بدون ازت
خاکستر ۲۳/۶ درصد
۱۶/۵ درصد
۱/۰۵ درصد
۰/۱۲ درصد
۱/۶ درصد
۲/۹۲ درصد
۰/۷۵ درصد ۱۳/۸۵ درصد
۰ درصد
۲/۴۱ درصد
۰/۱۹ درصد
۰/۷۸ درصد
۶/۸۸ درصد
۲/۷۵ درصد
مارک : قسمت عمده ی تشکیل دهنده ی چغندر قند که در مقدار معین آب گرم و در مدت زمان معین به صورت غیر محلول باشد و عمدتا از ترکیبات زیر تشکیل شده است :
سلولز %۲۳/۵
لیگنین %۴/۲
پکیتن %۳۱/۱
پنتوازن %۲۴/۲
چغندر قند قند از مواد قندی و غیر قندی تشکیل شده است ، در صنعت قند ، فقط به ساکارز قند می گویند و به سایر ترکیبات حتی گلوکز ، فروکتوز و ……… مواد غیر قندی می گویند .
مواد غیر قندی در صنعت قند به چند دسته تقسیم می شود :
الف) مواد غیر قندی بدون ازت
اینورت ، رافینوز ، لیگنین ، پکیتن ، اربان ، گالاکتان ، اسیدهای آلی ، ساپونین ، لیپید
ب) مواد غیر قندی ازت دار
اسیدهای آمینه ، مواد پروتئینی ، بتائین ، کولین ، پورین ، پیریمیدین ، آمید ، املاح آمونیوم ، نیترات ، مواد رنگی ، ازت مضره ، اسانس ، ویتامین ها ، آنزیم ها .
ج) مواد معدنی
کاتیونها ،آنیونها
ساکارز
ساکارز دی ساکاریدی است که از یک مولکول گلوکز و یک مولکول فروکتوز تشکیل شده است ،قندی غیر احیا کننده بوده و دارای کربنهای نامتقارن می باشد ، از اینرو قادر است صفحه ی نورپولاریزه را به راست منحرف نماید ، چرخش مخصوص ساکارز (۶۶/۵۲۹+) است ، از این خاصیت استفاده می کنند و درصد قند چغندر قند یا شربتها را بوسیله ی پولاریمتر اندازه گیری می کنند ، ساکارز در آمونیاک ، دی متیل فرمالید ، دی متیل سولفوکسید ، و همچنین در آمین های نوع دوم مانند مورفولین ،دمای محلول ساکارز ، ویسکوزیته محلول آن افزای می یابد .
چنانچه ۲۶ گرم ساکارز را در آب مقطر حل نموده و آنرا به حجم CC 100 برسانیم ، پولاریمتر عدد ۱۰۰ را به ما نشان می دهد .
رافینوز
تری ساکاریدی است که مقدار آن در چغندر قند ۰/۵ – ۰/۳ درصد نسبت به ماده ی خشک می باشد ، در اثر نگهداری چغندر قند در سیلو این مقدار تا ۲ برابر و حتی بیشتر افزایش می یابد ، رافینوز در الکل متیلیک بخوبی محلول است و لی ساکارز محلول نمی باشد ،از این خصاصیت برای جدا سازی رافینوز از ساکارز استفاده می نمایند . رافینوز قادر است صفحه ی نور پولاریزه را ۱/۸۵ برابر بیشتر از ساکارز منحرف نماید ، رافینوز تمام مراحل کارخانه را طی نموده و قسمت کمی ازآن تبدیل به کریستالهای سنجاقی شکل شده و بقیه ی آن در ملاس جمع می گردد ، اگر پولاریمتر بیش از مقدار واقعی را نشان داد نشان دهنده ی وجود رافینوز می باشد ،ضمنا رافینوز در نیشکر وجود ندارد و موجب افزایش ویسکوزیته ی پخت III می گردد . بهمین علت گاهی اوقات در هنگام سانتریفوژ کردن به علت ویسکوزیته ی بالا ملاس بخوبی از کریستالها جدا نمی گردد ، در کارخانجاتی که قند گیری از ملاس دارند وجود رافینوز باعث می گردد که پیوند بین ساکارز و آهک بخوبی صورت نگیرد .
پکیتن
در چغندر قند قند به میزان زیاد وجود دارد و از واحدهای گالاکتورونیک اسید تشکیل شده است ، چون در پکتین چغندر قند گروه استیل بیشتر از پکتین سایر گیاهان است لذا ژله ای ضعیفتر می سازد ، پکتین چغندر قند قند در مقایسه با سایر پکتین ها در برابر گرما و قلیایی حساستر می باشد . پکیتن در صنعت قند ژله ای نمی سازد ولی ویسکوزیته ی شربت را افزایش می دهد ، از اینرو گل یا (کربنات کلسیم ) در دکانتور رسوب نمی کند و مشکل صاف کردن بوجود می آید .
در آهک خور پکیتن به صورت کلوئید با بار منفی وجود دارد و در اشباع I ، کربنات کلسیم تشکیل شده دارای بار مثبت است و کلوئید با بار منفی(پکتین ) به سمت اشباع I در حرکتند که در نهایت جذب کربنات کلسیم شده و کریستال کربنات کلسیم سنگینتر گردیده و سریعتر رسوب می نماید .
اگر پکیتن سالم باشد به صورت کلوئید با بار منفی در می آید ولی اگر شکسته شود در شربت باقی مانده و منجر به افزایش ویسکوزیته ی شربت می شود از اینرو باید حتی الامکان :
۱- از ورود پکیتن یه شربت جلوگیری نماییم .
۲-زمانی که به صورت ناخواسته پکیتن وارد شربت گردید از شکسته شدن آن ها جلوگیری نماییم .
در هنگام شربت گیری از چغندر قند سعی می گردد که پکتین در داخل سلولها تثبیت شده و وارد شربت نگردد ، برای تثبیت پکیتن از ترکیبات آلومینیوم ، کلسیم یا اسید استفاده می نمایند . مشروط بر اینکه اسیدهای مذکور منجر به هیدرولیز ساکارز نگردد .
اسیدهای آلی
در چغندر قند اسیدهای آلی نظیر اسید سیتریک ، اسید اگزالیک ، اسید مالیک ، اسید سوکسینیک ، اسید فوماریک ، اسید لاکتیک ، اسید گلوکونیک ، اسید پیرولیدون ، اسید فرمیک ، اسید استیک ، اسید بوتیریک و … وجود دارد ، مقدار این اسیدها ثابت نبوده و بسته به شرایط رشد چغندر قند قند و مدت زمان نگهداری چغندر قند در سلوها وابسته می باشد .
در اثر نگهداری چغندر قند قند در سیلوها و همچنین در سالهای خشک ، مقدار اسید های آلی در چغندر قندقند افزایش می یابد د ر هنگام نگهداری چغندر قند قند در سیلوها ، اسید لاکتیک و اسید سیتریک نسبت به بقیه ی اسید های آلی از افزایش بیشتری برخوردارند .
نمکهای کلسیم بیشتر این اسیدها به سختی محلول بوده و در فرایند ایجاد رسوب می نمایند ، به عنوان مثال نمک های اسید سیتریک ، اسید اکسالیک ، اسید گلوتامیک به سختی محلول بوده و در کارخانه ایجاد رسوب می نماید ، لازم به توضیح است که سیتراتها معمولا به صورت رسوبی در می آید و اکثراوقات نیز تمام فرایند را طی نموده و به صورت شوره و به همراه شکر باقی می ماند . به عنوان مثال اگزالات کلسیم در شربت رسوب می نماید ولی لاکتات کلسیم محلول است و سختی شربت را افزایش می دهد .
اسیدهای آلی در میزان PH شربت نیز نقش دارند :
شربت غلیظ اواپراسیون شربت رقیق تصفیه شربت خام
۹=PH 9=PH 6=PH
علت ۹= PH پس از تصفیه در شربت رقیق به خاطر حذف اسیدهای آلی ضمن تصفیه می باشد .
ساپونین
مقدار ساپونین در چغندر قند ۰/۱۴ درصد می باشد ، ساپونین در شربت ایجاد کف می نماید ، ساپونین در چغندر قند ضخامت یک میلمتری پوسته ی آن قرار دارد مقدار آن در دم چغندر قند بسیار زیاد می باشد، ساپونین دارای ساختمان گلکوزیدی است و بخش های قندی آن از گلوکز ، گالاکتوز ، اسیدهای ارونیک تشکیل شده و بخش غیر قندی آن ساپوجنین نام دارد .
در اثر اضافه کردن اسید ب ه شکر ساپونین منعقد می شود که این مورد در صنایع نوشابه سازی از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا ساپونین موجب رسوبات کلوئیدی در نوشابه ها می گردد ، بنابراین کارخانجات نوشابه سازی باید بهترین نوع شکر را مورد استفاده قرار دهند .
لیپیدها
در چغندر قند مانند هر گیاه دیگری چربی وجود دارد ولی چون دارای مقادیر پایین می باشد بر روی تکنولوژی اثری ندارد ، مقدار چربی در چغندر قند ۰/۱ درصد نسبت به ماده ی خشک می باشد .
مواد غیر قندی ازت دار
در چغندر قند قند ۰/۲-۰/۱۵ درصد ازت وجود دارد ، چون قسمت عمده ی این ازت وارد شربت می گردد لذا از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، مقدار ازت در چغندر ثابت نبوده و متغییر است ، ترکیبات ازته اکثرا به صورت اسیدهای آمینه است که این اسیدهای آمینه به صورتهای زیر می باشد :
۱- اسیدهای آمینه با واکنش خنثی : مانند الانین ، گلیسین ، گاما آمینوبوتیریک اسید ، لوسین ، والین ، فنیل آلانین ، ایزولوسین ، سرین ، تیروزین ، سیستئین ، ترئونین، پرولین ، متیونین، تریپتوفان.
۲- اسیدهای آمینه با واکنش اسیدی :اسیدگلوتامیک ، اسیداسپارتیک
۳- اسیدهای آمینه با واکنش های بازی : لیزین ، آرژنین ، هیستیدین
پروتئین ها
پروتئین ها از اسیدهای آمینه ی مختلف تشکیل شده اند و ۵۵ % مواد متشکله ی پروتئین چغندر قند از اسید گلوتامیک ، لوسین ، فنیل الانین ، اسپارتیک اسید ، آلانین ، ۴۰% آن از ترئونین ، سرین ،لیزین، میتونین، تریپتوفان ، آرژنین ، ۵۰% از گلیسین ، هیستیدین تشکیل شده است .
پروتئین ها دارای عوامل اسیدی و بازی هستند و به فرم یونیزه وجود دارند ، از نظر میل واکنش دهی چون اسیدهای آمینه ی متشکله مواد پروتئینی چغندر قندقند دارای واکنش های اسیدی هستند بنابراین نقطه اپتیمم انعقاد آنها (نقطه ی ایزو الکتریک ) در محدوده ی اسیدی قرار دارد . بنابراین نقطه ایزو الکتریک در محدوده ی بازی برای مواد پروتئینی وجود ندارد بهمین علت مواد پروتئینی در مجاورت قلیا به هنگام تصفیه شربت (کلوئید با بار منفی ) همانند پکتین ظاهر می شوند .
چون پروتئین دارای خاصیت قطبی می باشد لذا همیشه مولکول ، خود را با آب محصور می نماید و هنگام دناتوراسیون بوسیله ی گرما و قلیایی ، آب از دست داده و منعقد می شود .
حرارت دادن ناگهانی خلال چغندر قند موجب می شود که پروتئین در داخل سلولها منعقد شود و فرصت ورود به شربت را نداشته باشد .
مواد پروتئینی در محیط اسیدی و قلیایی به صورت مولکول های ساده ی دیگری مانند پپتیدها و اسیدهای آمینه هیدرولیز می گردد به طور کلی :
هر مولکول ازت قادر است که از کریستالیزاسیون ۲۵ مولکول ساکارز جلوگیری کند .
بنابراین در بین مواد غیر قندی ، ازت بیشترین اثر را از نظر جلوگیری از کریستالیزاسیون برروی مولکول های ساکارز می گذارد یعنی موجب افزایش ملاس می شود . همیشه وقتی می گوییم که از کریستالیزاسیون جلوگیری می شود یعنی ضایعات ملاس افزایش می یابد .
شکستن پروتئین و تولید لسیدهای آمینه و پپتیدها موجب افزایش سختی شربت می شوند .
نتیجه : باید حتی الامکان از ورود پکیتن و پروتئین به شربت جلوگیری نماییم و اگر وارد شد از شکسته شدن مولکولهایشان جلوگیری نماییم .
بتائین
مقدار بتائین در چغندر قند ۰/۳-۰/۲ درصد بوده و بعد از پروتئین ، بیشترین مقدار را در چغندر قند داراست ، بتائین تمام مراحل کارخانه را طی نموده و بدون هیچ تغییری در ملاس جمع می گردد . بازهای پورین ، پیریمیدین در ملاس جمع می گردند و در فرایند حضور پیدا نمی کنند .
ازت مضره
به آن دسته از ترکیبات ازتی اطلاق می گردد که در ملاسها هستند . در طی تصفیه ی شربت مواد پروتئینی جدا می گردند منظور ازت های مضره بقیه ترکیبات ازتی ( اسیدهای آمینه ) هستند که در طی فرآیند جدا نمی شوند ولی چنانچه مولکولهای پروتئین در طی فرآیند شکسته شوند در این صورت چون به صورت محلول در شربت باقی می ماند نمی توان مولکولهای شکسته شده ی پروتئین را از جریان خارج نمود که به آن ازت مضره می گویند .
مواد رنگی
بتالائین رنگدانه ی اصلی چغندرقند است . چغندرقند ماده ی رنگی که از نظر تکنولوژی مضر باشد ندارد ولی دارای ترکیباتی است که قادر به تشکیل رنگ است رنگ در کارخانه بر روی کریستالیزاسیون و رنگ محصول اثر منفی می گذارد.
به طور کلی در کارخانه قند چهار نوع رنگ وجود دارد.
۱- کارامل که در مباحث گذشته به آن اشاره شد .
۲- ملانوئیدین حاصل قهوه ای شدن غیر آنزیمی (میلارد ) می باشد .
۳- رنگ قرمز آجری : به علت تبدیل آهن ۲ ظرفیتی به آهن ۳ ظرفیتی تشکیل می شود .
۴- ملانین : حاصل قهوه ای شدن آنزیمی می باشد آنزیم فنل اکسید از باعث قهوه ای شدن بافت چغندر می گردد به عبارت دیگر سوبسترای فنلی تیروزین که در چغندرقند وجود دارد طی واکنش زیر تشکیل ملانین می دهد :
پلی فنل اکسیداز تیروزیناز
ملانین ارتودی فنل دی هیدروکسی فنیل تیروزین پلیمریزاسیون P.P.O الانین
در مجاورت هوا هیدروکسیلاسیون
معمولا ملانین اثر منفی بر روی فرآیند ندارد و در طی تصفیه ی شربت جذب کریستال کربنات کلسیم شده و از جریان خارج می گردد .
مواد معطر : بیشترین مواد معطر شامل الکل پیرول وانیلین استامید می باشد و بوی کارخانه ی قند را تشکیل می دهد .
مقادیر ویتامین های مختلف در چغندر تفاله خشک برگ چغندر
انواع ویتامین ها چغندرقند
(mg/kg) تفاله ی خشک
(mg/kg) برگ چغندر
(mg/kg)
ویتامینB1
ویتامینB2
اسیدنیکوتینیک
اسید فولیک
ویتامینB6
بیوتین ۱
۱
۴/۲
۲۶/۰
۳/۱
۷۵ /۵۵۰/۰
۲/۰
خیلی کم
–
۱۸/۰
۰۰۰۱/
۴/۲
۵/۵
۹/۱۰
۰۳۱/۰
۴/۴
۲۳/۰
کاتیونها
کاتیونها شامل Mgo Cao Na2O K2o مقدار کمی باریم، سرب ،بور آهن،کبالت، مس، منگنز، مولیبدون، نیکل، نقره سیلیس استرانسیم، تالیم و ……
کاتیونها محلولیت ساکارز را افزایش می دهد بنابراین از کریستالیزاسیون ساکارز جلوگیری می نماید به عبارت دیگر موجب افزایش ملاس می گردد.
سدیم وپتاسیم از کریستالیزاسیون ساکارز جلوگیری می نماید به عبارت دیگر هر یک مولکول سدیم وپتاسیم قادر است که از کریستالیزاسیون ۵ مولکول ساکارز جلوگیری به عمل آورد .
سدیم و پتاسیم که به چغندر قند قند وارد می شود قابل جداسازی نیستند ( محلول باقی می مانند ) و منجر به افزایش ملاس می گردد گاهی اوقات سود (NaoH) و سودا ( Na2 CO3) در کارخانه ی قند برای افزایش pHکاربرد دارد . ولی باید حتی الامکان از ترکیبات فوق استفاده نکنیم .
آنیونها
که شامل HCL H2so H3po4 اسیدهای آلی که قسمتی از این اسیدها با آهک خنثی شده و از جریان خارج می گردد.
فصل دوم
تکنولوژی چغندرقند
مراحل حمل چغندر قند به کارخانه را می توان در این نمودار مشاهده نمود
سیلو چغندرقند دستگاه تخلیه عیارسنج توزین کامیون
جهت نگهداری حامل چغندرقند
خاک برگشتی به
کامیون
کامیون حامل خاک
توزین
خروج از کارخانه
راه حل عبور چغندر قند به کارخانه و سپس به سیلو
نمونه برداری
مقدار نمونه ای که از کامیون برداشته می شود حدود ۵۰-۴۰ کیلوگرم است و معمولا از کامیون نمونه از دو قسمت و در حدود ۶۰-۵۰ کیلوگرم در نظر گرفته می شود نمونه گیری از چغندر قند به سه طریق انجام می گیرد :
الف- نمونه برداری با دست
هنگام نمونه برداری با دست معمولا از قسمت فوقانی چغندر قند انتخاب می گردد لذا نمونه مذکور نمی تواند گویای لایه های زیرین باشد ( معمولا چغندرقند ریز عیار بالا و چغندرقند درشت عیار پایین دارد )
به منظور تعیین عیار و افت ابتدا نمونه برداری از چغندرقند انجام گرفته و سپس نمونه ها به عیار سنج هدایت می شود .
نمونه گیری با دست صحیح نبوده و همان طور یکه قبلا اشاره کردیم لایه های زیرین را در بر نمی گیرد امروزه اکثر کارخانجات قند دارای نمونه گیر اتومات به نام Ripro (ریپرو ) و بیلچه ی مکانیکی می باشند .
ب –ریپرو Ripro
از یک استوانه ی مکعبی تو خالی که انتهای آن مجهز به دریچه می باشد تشکیل شده است هنگام نمونه برداری چغندرقند داخل ریپرو قرار گرفته و پس ازپر شدن دریچه بسته می شود و بدین ترتیب نمونه برداری انجام می شود از معایب این دستگاه این است که از محل نمونه برداری مقداری از چغندرقند شکسته شده بنابراین قابلیت نگهداری چغندرقندهای شکسته شده در سیلو کاهش می یابد و در اثر نگهداری دچار پوسیدگی می گردد و گاهی اوقات پوسیدگی مذکور باعث پوسیدگی چغندر قند های اطراف می گردد .
ج- بیلچه ی مکانیکی
نوار لاستیکی حاوی چغندر قند ( نوار I ) به سمت نوار (II) در حرکت است و بیلچه نیز در بین مسیر قرار می گیرد ومقداری از چغندرقند را به صورت نمونه انتخاب می کند بیلچه مکانیکی بهترین وسیله ی نمونه برداری می باشد .
پس از آن که از کامیون نمونه برداری شد نمونه ی مذکور برای تعیین افت و عیار به عیارسنج منتقل شده و کامیون برای تخلیه به طرف دستگاه تخلیه هدایت می گردد .
عیارسنج
نمونه ای که به عیار سنج وارد می گردد عیار و افت آن تعیین می گردد .
افت
عبارتست از درصد خاک و گلی که به چغندرقند چسبیده است .
پس از آن که نمونه وارد عیارسنج شد ابتدا نمونه توزین گردیده و سپس برای شستشو وارد آسیابهای شستشو می گردد فشار آب در آسیابهای شستشو در حدود ۴ اتمسفر است و آب بوسیله ی انجکتور بر روی نمونه های چغندرقند قند پاشیده می شود باید توجه شود که چغندرقند خروجی از آسیاب کاملا شسته شده و آغشته به گل نباشد پس از آن که چغندرقند در آسیاب شستشو شد برروی نوار مشبکی ریخته می شود تا قطرات آب آن گرفته شود و سپس مجددا توزین می گردد باید توجه شود که در مدت شستشو تقریبا %۱ آب جذب چغندر شده و حدود ۱% آب در سطح چغندرقند باقی می ماند .
افت چغندرقند از فرمول زیر محاسبه می گردد :
وزن ثانویه (پس از شستشو)- وزن اولیه
(قبل از شستشو)
۱۰۰ * افت چغندرقند
وزن اولیه ( قبل از شستشو)
پس از آن که چغندرقند وارد آسیابهای تهیه خمیر می گردد تیغه های این آسیاب مدور بوده و به صورت دندانه ای ( اره مانند ) بوده و در هر آسیاب ۱۰-۸ تیغه قرار دارد و جنس تیغه ها از استیل می باشد .
خمیره های خروجی از آسیاب داخل کاسه ی استیل ریخته می شود و کاسه های استیل بر روی نواری نصب می شود و در هر نمونه طوری نوار به گردش در می آید که نمونه داخل یک کاسه ریخته می شود و این نوار تا نمونه ی بعدی متوقف باقی می ماند .
نمونه با قاشق های مخصوصی از کاسه استیل برداشته شده و بر روی کاغذ مومی به نام ( Pergament ) پرگامنت گذاشته می شود . نکته قابل توجه این که کاغذ پرگامنت جاذب الرطوبه نبوده و فاقد خاکستر می باشد .
تهیه خلال و استخراج عصاره از چغندرقند
چغندرقند پس از آماده سازی به بونکر چغندرقند منتقل می شود که در بونکر همیشه مقداری چغندرقند آماده وجود دارد تا کار به صورت یکنواخت صورت می گیرد تا در صورت ایجاد مشکل در مراحل آماده سازی برای مدت زمان کوتاهی حدود ۱۵ بونکر جوابگو باشد . بونکر آسیاب خلال در بالای آسیاب خلال قرار می گیرد تا چغندرقند ورودی به ماشین یا آسیاب خلال تحت فشار باشد تا خلال های یکنواختی تولید گردد.
زمانی که بونکر خالی باشد فشار بر روی سطح آسیاب کم است و خلال ها نازک می شوند و زمانی که بونکر پر باشد فشار ایده آل بوده و خلال مورد نظر ایجاد می گردد .
علت دو تا بودن ماشین آسیاب خلال این است که یکی در حال کار کردن باشد و یکی در حال بازسازی باشد به دلیل این که تیغه های آسیاب خلال هر ۵ ساعت یک بار کند می شود .
معمولا برش خلال باید به نحوی باشد که حتی الامکان تعداد زیادی از سلول ها باز شوند و خلال ها باید دارای سطح خارجی نسبتا زیادی باشند .
اگر خلال های تولیدی حاصله از آسیاب خلال خیلی نازک باشد خرد شده و تولید نرمه می نماید و اگر ضخیم باشد راه خروج شربت به خارج از خلال زیاد می شود بنابراین باید یک قطر بهینه انتخاب کرد تا مسیر عبور کوتاه و مناسب باشد همچنین در جهات مختلف یکسان باشد چون اگر یکنواخت نباشد در برخی قسمت ها علاوه بر ساکارز مواد قندی هم استخراج می شود .
خلال ها باید دارای مقاومت زیادی باشد چون چغندرقند ترد و شکننده است و نباید حین ریختن روی هم خرد گردند هر چه خلال ها درشت تر باشند فضای بین خلال ها برای عبور بیشتر است بنابراین عملیات بهتر صورت می گیرد . پس فضای آزاد برای عبور شربت استخراج شده باید وجود داشته باشد .
روش های ارزیابی کیفیت خلال
نرمه
به خلال های کوچکتر یا مساوی یک سانتی متر نرمه می گوییم .
هر چه در صد نرمه ی خلال کمتر باشد خلال از کیفیت بالاتری برخوردار است و حداکثر درصد نرمه بین ۴-۳ می باشد .
علت تشکیل شدن نرمه به عوامل همچون ریز بودن یا شکسته شدن چغندرقند دور زیاد آسیاب خلال علف و برگ هایی که در لا به لای تیغه های آسیاب خلال قرار می گیرند و کندی تیغه های آسیاب خلال بستگی دارد .
عدد سیلین
عدد سیلین بیان کننده ی درجه ی ظریف بودن خلال و سطح خارجی مخصوص خلال است ( ظرافت برش و میزان سطح را نشان می دهد ) برای این کار ۱۰۰ گرم خلال را وزن نموده و طول ۱۰۰ گرم خلال را اندازه می گیرند . معمولا این طول بین ۲۵-۱۰ متر است بر اساس عدد سیلین تعداد دندانه و تیغه و کیفیت خلال تعیین می گردد.
رابطه تعداد دندانه تیغه و کیفیت خلال
تعداد دندانه در تیغه متر
۱۷
۱۹
۲۲
۲۴ ۱۰
۱۳
۱۸-۱۶
۲۰
تعداد دندانه های تیغه های ۱۳۷ میلی متر ۱۹ -۱۷- ۱۵-۲۲-۲۴ می تواند باشد و در تیغه های ۱۶۷ میلی متر تعداد دندانه ها ۱۸-۲۱-۲۳-۲۶-۲۹ می تواند باشد .
به طور کلی فاکتورهایی را که در عدد سیلین موثرند عبارتست از :
– کیفیت چغندرقند
– نوع تیغه ای که برای برش خلال به کار می بریم
– تنظیم تیغه در آسیاب خلال نوع خلال
– گام های تیغه
در اوایل بهره برداری خلال ها ترد هستند و ترکیبات همی سلولزی سلولزی پکتینی تغییری در آن ها ایجاد نشده و نرم نشده است . به همین دلیل می توان خلال های ظریف با طول زیاد تهیه کرد و استخراج بهتر است .
اما پس از سیلوگذاری تغییراتی در ساختمان پکتینی رخ می دهد و چغندرقند تردی خود را به مرور زمان از دست می دهد که برای استخراج بهتر باید خلال ها را ضخیم تر کرد تا مواد غیر قندی کمتری استخراج شود که این تشخیص به عهده ی مسئول خط تولید است . که باید شماره ی تیغه را به دیفوزیون بدهد تا نوع تیغه و خلال مشخص شود و کوسیان مناسبی در شربت ایجاد کرد .
عدد سوئدی
یکی دیگر از فاکتور های موثر در ارزیابی خلال می باشد و بیانگر درجه ی Permeability توده خلال است یعنی ریزی و درشتی خلال و وجود خلال های بسیار ریز را مشخص می کند .
معمولا عدد سوئدی در فواصل ۲۰-۱۵ قرار دارد و طبق تعریف عبارتست از :
وزن خلال های بیش از ۵Cm
= عدد سوئدی
پ
وزن خلال های کمتر از Cm1
فاکتور های موثر در عدد سوئدی عبارتند از :
– مدول الاستیسیته ی چغندرقند ( هر چه خمش بیشتر باشد برش صحیح نیست )
– قدرت مقاومت برش چغندر قند ( هر چه مقاومت برش کمتر باشد برش بهتر صورت می گیرد )
– تنظیم فاصله تیغه ها تیز شدن تیغه ها از عوامل مهم و تاثیر گذار در عدد سوئدی می باشند .
ماشین خلال ( آسیاب خلال )
این دستگاه از چند قسمت تشکیل شده است .
– قیف ورودی خلال
– صفحه ی برش ( قطر این صفحه به ظرفیت کارخانه بستگی دارد )
– قوطی برش ( دو یا سه تیغه دارند ) این تیغه ها قابل تعویغ هستند .
– نگهدارنده چغندرقند ( برای این که چغندرقندها با صفحه ی برش بچرخند و خرد شوند )
– دریچه ( برای تعویض قوطی های برش و تیغه ها تعبیه شده است )
– قیف زیرین ( خلال ها را بر روی باسکول می اندازد )
– کلاج الکترومغناطیسی
تیغه ها بر روی صفحه ی دوار افقی قرار دارند و ممکن است این ماشین ها به صورت استوانه ای افقی قرار گیرند در این صورت تیغه ها بر روی استوانه ی دوار قرار دارند در هر حال تیغه ها روی صفحه ی دوار یا بدنه ی استوانه ثابت هستند .
صفحات دوار ماشین های خلال به سه بزرگی ساخته می شوند ( قطر mm1650- mm2000- mm2200 ) تیغه های هر صفحه ی برش دارای ابعاد mm167 هستند و در هر جعبه ی برش دو عدد تیغه جمعا با mm334 طول برش می باشند تیغه های امروزی و متداوال به کونیگس فلدر یا گلر معروفند .
دیفوزیون
یکی از مهمترین مرحله استخراج قند در صنعت چغندرقند و نیشکر دیفوزیون می باشد هدف اصلی از دیفوزیون به دست آوردن شربت خام با حداکثر درجه ی خلوص و حداقل در صد قند تفاله می باشد .
در گذشته برای شربت گیری از چغندرقند آن را به پوره تبدیل نموده و با استفاده از پرس عصاره ی شربت را استخراج می کردند ولی امروزه این روش به دلایلی متروک گردیده و دیفوزیون جایگزین شده است جهت استخراج مواد قندی از بافت چغندرقند یا نیشکر ابتدا لازم است که مواد مذکور بتوانند با عمل دیفوزیون از قسمت های داخل آن ها به طرف سطح آن نفوذ کنند ، این نفوذ طبق فرآیندی اسمزی صورت می پذیرد .
به عبارت دیگر چون چغندرقند تبدیل به خلال می گردد ، بنابراین شربت سلولی به طور مستقیم خارج می شود و نیاز به عمل اسمز نمی باشد ولی مابقی شربت باید طبق روش اسمزی خارج گردند .
با توجه به آن که سلول های چغندرقند دارای پرده ی نیمه تراوا می باشند ، لذا شربت سلولی به سادگی از درون سلول خارج نمی شوند و برای عمل اسمز باید دما را افزایش داد که اصطلاحا این عمل را ” کشته شدن غشاء سلولی ” می نامند . در صنعت قند این عمل با افزایش درجه ی حرارت تا حد C 70 صورت می پذیرد .
در اثر افزایش دما سلول ها کشته شده و پرده ی نیمه تراوا باز شده و عمل اسمز بهتر و سریعتر انجام می گیرد ، ثانیا سرعت عمل اسمز وابسته به دما می باشد ، هر چه این دما بیشتر شود عمل اسمز با سرعت بیشتر صورت می گیرد ، البته باید توجه داشته باشیم که از نظر دما محدودیت وجود دارد زیرا اگر دما بیش از حد نصاب افزایش یابد ، پکتین سلولی حل شده و وارد شربت می شود و با ورود پکتین به داخل شربت مشکلات مختلفی به وجود می آید .
با ورود پکتین به داخل شربت ویسکوزیته ی شربت افزایش می یابد و با توجه به این که پکتین حساس به دما است لذا در اثر دمای زیاد شکسته شده و موجب افزایش ویسکوزیته ی شربت قند می شود که بالبطع مشکلات کاهش سرعت ترسیب گل در دکانتور و کاهش سرعت صاف کردن را به همراه خواهد داشت .
در ابتدای عمل اسمز سرعت خروج ماده ی قندی بیش از ماده ی غیر قندی می باشد و هر چه به انتهای عمل اسمز نزدیکتر می شویم ، این موضوع بر عکس می شود .
به عبارت دیگر در انتهای عمل اسمز شتاب خروج ماده ی غیرقندی بیش از ماده ی قندی است .
نتیجه ۱ : اصولا شربتی که از عمل اسمز ایجاد می شود ، درجه ی خلوص بیشتری از شربتی که در اثر پارگی سلول ها ایجاد می شود داراست.
نتیجه ۲ : به طور کلی کوسیان شربت در ابتدای دیفوزیون زیاد است و هر چه به انتهای دیفوزیون نزدیکتر می شویم کوسیان شربت کاهش می یابد .
روش های مختلف استخراج
کلیه فرآیندهای فنی استخراج بر اساس اصول جریان متقابل می باشد که می تواند در دو حالت متفاوت یک مرحله یا تدریجی باشد .
استخراج به طریقه ی جریان متقابل بروش یک مرحله در یک محفظه بزرگ انجام می گیرد ، در این محفظه مواد و شربت در خلاف جهت هم حرکت می کنند .
در روش تدریجی عمل استخراج در یک دستگاهی که بخش های مختلف از نظر فرآیند تقسیم شده است انجام و عمل مخلوط شدن تقریبا پیچیده بوده و بین مواد و شربت صورت می گیرد ، پس از هر مرحله مواد و شربت جدا شده و هر کدام در جهت خود از هر مرحله به مرحله ی دیگر هدایت می شود با همه ی این که مخلوط شدن مواد و شربت درهر مرحله جداگانه انجام می گیرد ولی دستگاه به طور کلی مطابق اصل جریان متقابل عمل می کند .
اهمیت کیفیت استخراج
در ارزیابی یک فرآیند استخراج علاوه بر بازدهی استخراج کیفیت استخراج نیز از اهمیت بیشتری برخوردار است برای نیشکر نیز مشابه چغندرقند قبل از عملیات اواپراسیون و کریستالیزاسیون عمل تصفیه ضروری است .
در عملیات تصفیه تفکیک کامل ناخالصی های شربت خام انجام نمی شود و این ناخالصی های باقیمانده در عملیات کریستالیزاسیون اثرات بد گذاشته و کیفیت شکر تولیدی را کاهش می دهد .
بنابراین خیلی مهم خواهد بود که عملیات استخراج به نحوی صورت گیرد که شربت خام دارای حداقل این گونه مواد خارجی و ناخالصی باشد ، به موازات این امر باید فعالیت های میکروبیولوژیکی را تحت کنترل داشت ، زیرا این فعالیت ها نه تنها موجبات افزایش ضایعات را فراهم خواهند آورد بلکه از کیفیت شربت در ارتباط با فرآیند کریستالیزاسیون خواهند کاست .
عوامل موثر در دیفوزیون
دما
دما موجب افزایش سرعت عمل اسمز می شود و هر چه این دما بیشتر باشد فرآیند اسمز با سرعت بیشتری صورت می گیرد و در صد قند تفاله کاهش می یابد .
به طوری که قبلا ذکر شده درجه ی حرارت کمی بالاتر از ۰C70 برای کشته شدن سلول های چغندرقند لازم است و این حداقل درجه ی حرارتی است که یک دیفوزیون با آن کار می کند .
تاثیر دما بر میکروبها نیز حائز اهمیت است ، چنانچه دمای دیفوزیون نامناسب باشد میکروارگانیسم ها شروع به فعالیت می کنند و ساکارز را هیدرولیز نموده و در نتیجه قند زیادتری را از بین می برند که موجب افزایش ضایعات نامعلوم می گردند که قابل محاسبه نیست و برای از بین بردن میکروارگانیسم ها بهترینراه این است که دمای دیفوزیون در حداکثر ممکن ، در حدی که تکنولوژی اجازه می دهد قرار گیرد .
دیفوزیون های چغندرقندی که در درجه ی حرارت حداکثر oC73-72 کار می کنند فقط خطر آلودگی با باکتریهای اسید لاکتیک وجود دارد ( باکتریهای نوع ترموفیل ) که موجب کاهش PH در بخش مرکزی دیفوزیون می شود و آلودگی و عفونت در دیفوزیون هایی را به وجود می آورد .
دیفوزیون هایی که با سرعت بیشتری کار می کنند نسبت به دیفوزیون هایی که زمان توقف بیشتری برای شربت یا خلال چغندرقند دارند کمتر در خطر این آلودگی قرار دارند ، به علاوه تعداد باکتریهایی که به همراه چغندرقند و آب وارد دیفوزیون می شوند نقش مهمی را در آلوده شدن ایفاء می کنند ، در دیفوزیون هایی که به
شدت آلوده می باشند ، PH به حدود پنج که حداقل PH برای باکتریها در درجه ی حرارت oC70 می باشند کاهش می یابد با آلودگی در دیفوزیون می توان با افزایش درجه ی حرارت oC80- oC 75 مقابله کرد ولی همان طوری که در قبل اشاره شد ، این کار موجب حل شدن پکتین می گردد ، بنابراین در عمل با آلودگی در دیفوزیون با افزودن فرمالدئید مقابله می شود .
تاثیر بعدی دما ، تغییر در پوسته ی خارجی سلول می شود ، چنانچه دمای دیفوزیون بالا باشد در نتیجه پکتین درون سلولی حل شده و به شربت راه پیدا نماید به همان نسبت تفاله حالت لزجتری پیدا نموده که نتیجه آن این است که عمل آبگیری به علت لزج بودن تفاله در پرسها به خوبی انجام نمی گیرد و ماده ی خشک تفاله پرس شده کاهش می یابد .
معمولا مناسب ترین دما برای دیفوزیون oC72 است در این دما شربت پاستوریزه شده و عمل اسمز نیز به خوبی صورت می گیرد ، اگر دمای دیفوزیون کمتر از oC72 باشد در این صورت به نسبت کاهش دما درصد قند تفاله افزایش پیدا نموده و فعالیت میکروارگانیسم ها را افزایش می دهد ، چنانچه دمای دیفوزیون بیش از oC 72 باشد به نسبت افزایش دما پکتین بیشتری وارد شربت می شود و در نتیجه مقدار مواد کلوئیدی شربت افزایش می یابد و احتمال شکسته شدن مولکول های پکتین وجود دارد .
و مولکول های پکتین بیشتری وارد شربت می شود و ویسکوزیته ی شربت افزایش می یابد و اثر منفی بر روی صافی و دکانتور می گذارد به علاوه این که ماده ی خشک تفاله کاهش می یابد ، البتهoC72 یک دمای تعریف شده ی کلاسیک است که اکثر کارخانجات قند آن را رعایت می کنند .
ولی بهتر آن است که دمای دیفوزیون را بر حسب وضعیت چغندرقند و با توجه به شرایط زیر تعیین نمایند :
الف) چگونگی پرس شدن تفاله در پرس ها ( تفاله حالت لزج نداشته باشد )
ب) چگونگی حمل خلال در داخل دیفوزیون
ج) چگونگی صاف شدن گل در دکانتور و عبور از صافی ها
لازم به توضیح است که چنانچه دمای دیفوزیون افزایش یابد به همان نسبت در حمل و انتقال خلال در دیفوزیون مشکل ایجاد می کند .
کشش دیفوزیون ( سوتیراژ )
درصد وزنی یا حجمی شربت خام نسبت به چغندرقند را کشش دیفوزیون می گوییم ، اگر به ازای صد تن چغندرقند ۱۰۵ تن شربت خام داشته باشیم ، کشش وزنی %۱۰۵ است .
اگر به ازای m3100 چغندرقند ،m3105 شربت خام داشته باشیم کشش حجمی %۱۰۵ است .
هر گاه آب دیفوزیون را افزایش دهیم میزان کشش آن نیز افزایش می یابد و اگر میزان آب دیفوزیون را کاهش دهیم میزان کشش دیفوزیون کاهش می یابد ، به عبارت دیگر مقدار شربت خام کمتری تولید می گردد .
کشش دیفوزیون بین ۱۲۰%-%۱۰۵ قرار دارد و امروزه به خاطر صرفه جویی در مصرف انرژی کشش دیفوزیون را ۱۰۵% در نظر می گیرند.
اگر کشش دیفوزیون کمتر از حد نصاب شود به نسبت کاهش کشش درصد قند تفاله افزایش می یابد بهترین درصد قند تفاله ۰/۷-۰/۵
درصد است و کوسیان شربت طبق رابطه زیر افزایش می یابد .
pol pol
= Q=
ماده غیرقندی + pol Bx
اگر آب کمتر استفاده شود ماده ی غیر قندی کاهش و کوسیان افزایش می یابد .
اگر کشش دیفوزیون بیشتر از حد نصاب شود در این صورت قند تفاله کاهش می یابد مقدار مواد کلوئیدی شربت افزایش می یابد و مصرف انرژی کارخانه بیشتر می شود ، سرمایه گذاری کارخانه برای تبخیر آب های اضافی و نصب دستگاه های مورد لزوم بیشتر می شود .
درجه دیفوزیون
با دیفوزیون های امروزی قادریم تا %۹۹ قند خلال را استخراج کنیم به عبارت دیگر عیار معمولی چغندرقند در حدود %۲۰-۱۵% است و قند خلال را می توان تا حدی استخراج نماییم که میزان قند تفاله به ۰/۷-۰/۵ درصد برسد ولی باید توجه داشت که ماده غیر قندی زیادی وارد شربت نگردد زیرا از کریستالیزاسیون مولکول ساکارز جلوگیری نموده و راندمان استحصال شکر را کاهش می دهد .
زمان دیفوزیون
در صنعت چغندرقند قند که بیش از صد سال است که دیفوزیون مورد استفاده قرار می گیرد مطالعات و بررسی های متعددی طی سالیان گذشته به عمل آمده تا شرایط مطلوب برای چغندرقند به دست آید ، نتایج به دست آمده از این مطالعات خطوط اصلی قبول شده مورد عمل در دیفوزیون های چغندرقندی می باشد .
به طور مثال کوتاهترین زمان ممکن حداقل درجه ی حرارت ممکن PH کمی بالاتر از ۶ یا برابر با PH شربت قند مد نظر می باشد .
میزان کاهش زمان توقف بستگی به ضخامت خلا ل های چغندرقند خواهد داشت و بر اساس آن ضریب استخراج و زمان توقف تعیین می گردد ، به نظر می رسد که در ایالات متحده ی آمریکا امکان دستیابی به خلال های نازکتر چغندرقند بیشتر از سایر نقاط دنیا می باشد و به دلیل کار خانجات چغندرقندی آمریکا توانسته اند زمان توقف در دیفوزیون های خود را تا ۵۰-۴۰ دقیقه کاهش دهند ، در صورتی که این ارقام برای اروپا بین ۸۰-۶۰ دقیقه می باشد .
چنانچه زمان دیفوزیون کمتر از حد نصاب باشد در این صورت عمل اسمز به طور کامل انجام نگرفته و درصد قند تفاله افزایش می یابد و کوسیان ( درجه خلوص ) شربت خام افزایش می یابد .
افزایش زمان توقف در دیفوزیون بدون شک درصد قند تفاله کاهش می یابد ولی ماده ی غیر قندی بیشتری به شربت راه پیدا می کند و موجب افزایش مواد غیرقندی خصوصا پکتین می شود که از بافت های چغندرقند وارئ شربت می شود و در همان حال برشهای چغندرقند نرم و لغزنده شده و عملیات را مشکل خواهد کرد بخش مهمی از پکتین حل شده در زمان تصفیه کردن شربت تفکیک شده و مشکلات جدی برای صافی ها به وجود خواهد آورد .
ولی پکتین ها با مولکول های کوچکتر از بخش تصفیه به بخش پخت راه پیدا می کنند و از کریستالیزاسیون ساکارز جلوگیر ی می کنند .
زمان لازم در دیفوزیون ها بسته به نوع دیفوزیون بین ۸۵-۷۵ دقیقه می باشد دیفوزیون هایی که با دور زیاد کار می کنند طبعا زمان کمتری را نیاز خواهند داشت تا استخراج شربت از خلال صورت گیرد .
در این قسمت ساختمان دیفوزیون های متداول در صنعت قند را بررسی می کنیم .
اثرات نرمه در دیفوزیون
نرمه ( خلال های < Cm1 ) باعث می گردد که شربت در اواسط دیفوزیون قند خود را از دست داده و در بقیه ی مسیر دیفوزیون ماده ی غیرقندی آزاد نماید و در نتیجه کوسیان شربت کاهش می یابد .
به علاوه نرمه لا به لا ی چغندرقندهای درشت قرار گرفته و ایجاد انباشتگی در دیفوزیون می نماید و در نتیجه عبور شربت در داخل دیفوزیون را مختل می کند .
همچنین نرمه منافذ توریهای دیفوزیون را مسدود نموده و از عبور شربت از دیفوزیون جلوگیری به عمل می آورد .
همان طوری که قبلا گفته شده در ابتدای عمل اسمز شتاب خروج ماده ی قندی بیشتر از ماده ی غیرقندی است و هر چه به انتهای عمل اسمز نزدیکتر می شویم این عمل معکوس می شود با توجه به موارد فوق مشخص می گردد که شربتی که طی عمل اسمز به دست می آید درجه خلوص بالاتری از شربتی که به علت پارگی سلول ها و به طور مستقیم خارج می گردد دارد .
در اثر ایجاد نرمه سلول های بیشتری از خلال برش خورده و شربت درون سلولی به طور مستقیم وارد شربت می شود ، به علاوه سطح تماس دیواره های سلولی ناشی از برش با آب بیشتر بوده .
در نتیجه مواد تشکیل دهنده ی دیواره ی سلولی مانند پکتین بیشتر در شربت حل می شود بنابراین کوسیان شربت در این حالت کاهش می یابد .
چنانچه خلال درشت و یکنواخت باشد :
اولا : کوسیان شربت بیشتر می شود .
ثانیا : خلال های ایجاد انباشتگی ننموده و به صورت شبکه در می آید و در نتیجه شربت به راحتی از لا به لا ی خلال ها عبور می نماید .
آب دیفوزیون
آبی که به مصرف دیفوزیون می رسد نباید دارای املاح قلیایی باشد ، چون پکتین چغندرقند به قلیا و دما حساس است و موجب شکسته شدن و حل شدن پکتین شده و ویسکوزیته ی شربت افزایش می یابد ،
بهترین PH برای دیفوزیون ۵/۸-۵/۵ می باشد اگر PH کمتر از این حد باشد احتمال خورندگی در قسمت های انتهایی دیفوزیون وجود دارد و همچنین خطرات جدی ناشی از هیدرولیز ساکارز وجود دارد .
اگر PH بیش از ۵/۸-۵/۵ باشد مقدار پکتین شربت افزایش یافته و افزایش ویسکوزیته شربت را به همراه دارد و مشکلات ناشی از صافی و دکانتور در سیستم به وجود می آید به علاوه تفاله به علت حل شدن پکتین حالت لزج پیدا کرده و ماده ی خشک تفاله کاهش یافته و کوسیان شربت کاهش می یابد ، گوگرد را سوزانده و SO2 حاصله را به آب دیفوزیون تزریق نموده و PH را به حد ۵/۸-۵/۵ میرسانند .
پکتین موجود در داخل خلال ( درون سلولی ) می تواند با عامل اسیدی (H) یا کلسیم یا آلومنیوم ترکیب شده و ایجاد زنجیره ی طویلی می نماید و در نتیجه در داخل سلول تثبیت گشته و وارد شربت نمی گردد .
هر سه حالت مذکور در صنعت قند استفاده می شود .
دمای آب دیفوزیون بینoC07–۵۰ است برای اسیدی کردن آب دیفوزیون از اسید سولفوریک و یا اسید کلریدریک استفاده می شود ولی در ایران از گاز SO2 استفاده می کنند ، مقدار آب مصرفی دیفوزیون بین ۱۰۰% -%۷۰ وزن چغندرقند است .
منابع عفونت دیفوزیون
گل وخاک چغندرقند ، برگ وعلف ، دمای نامناسب دیفوزیون و آب تفاله ، مصرف آب آلوده ، توقفاتدیفوزیون ، عمده ترین منابع عفونت دیفوزیون است .
شناخت عفونت در دیفوزیون
کشت میکروبی بهترین و دقیق ترین راه برای شناخت عفونت می باشد ولی چون زمان آن طولانی است از این رو قابل استفاده برای صنعت نمی باشد .
۲- تعیین نیتریت :
با توجه به اینکه برخی میکروارنیسم ها مانند لاکتوباسیلوس پلانتاروم ، باسیلوس استئارو ترموفیلوس نیترات را به نیتریت تبدیل می کنند ، بنابراین با اندازه گیری نیتریت می توان پی به عفونت برد ، چون این روش نیز طولانی می باشد قابل استفاده برای صنعت قند نیست .
۳- تععین اینورت :
با توجه به این که میکروارگانیسم ها ابتدا ساکارز را به انورت تبدیل می کنند بنابراین عقیده بر این است که با اندازه گیری قند اینورت می توان پی به عفونت دیفوزیون برد ولی چون میکروارگانیسم ها ساکارز را تبدیل به اینورت و بلافاصله اینورت را به اسید لاکتیک تبدیل می نماید بنابراین امکان دارد که فعالیت میکروارگانسیم ها در دیفوزیون شدید باشد ولی مقدار اینورت شربت کماکان ثابت باقی بماند ، بنابراین این روش نیز قابل قبول نیست.
۴- تعیین اسیدیته ی شربت :
عده ای معتقدند چون قسمت عمده ی ساکارز تبدیل به اینورت می شود و سپس اینورت تبدیل به اسید می شود . بنابراین با اندازه گیری اسیدیته ی شربت می توان پی به عفونت دیفوزیون برد ولی این موضوع صدق نمی کند ؛ زیرا پکتین که در تفاله وجود دارد اسید حاصله از فعالیت میکروارگانیسم ها را جذب نموده و اسید ثابت باقی می ماند .
۵- تعیین PH :
عده ای معتقدند که چون قسمت عمده ی میکروارگانیسم ها ساکارز را به اینورت و اینورت را به اسید تبدیل می نماید از اینرو با تعیین PH می توانیم پی به عفونت دیفوزیون ببریم ، شربت دیفوزیون حالت تامپون دارد چون اسیدهای آمینه هم داذای عامل اسیدی و هم دارای عامل بازی می باشند از این رو PH تغییر زیادی نمی کند البته PH شربت خام زمانی که اسید زیاد تولید شده باشد تغییر کرده و به حدود ۵/۸-۵/۵ می رسد و از طرفی زمانی که فعالیت میکروارگانیسم نسبتا شدید باشد اسید تولیدی به قدری خواهد بود که PH را تغییر دهد با توجه به موارد فوق در صنعت تمام دنیا برای شناخت عفونت دیفوزیون از PH استفاده می کنند .
فعالیت میکروارگانیسم ها در دیفوزیون
۱- میکروارگانیسم ها ایجاد گاز نموده و در نتیجه مشکلات انتقال خلال در دیفوزیون به وجود می آید چون گاز تولیدی از پایین دیفوزیون به سمت بالا حرکت می کند مقداری خلال را به سطح دیفوزیون انتقال می دهد و خلال ها دو فاز می شوند و کمی در بالای سط و کمی در پایین سطح قرار می گیرند در صورتی که هدف اصلی یکنواختی انتقال خلال ها به صورت غوطه ور می باشد.
۲- میکروارگانیسم ها ساکارز را به اینورت تبدیل نموده و اینورت را به اسید تبدیل می نمایند بنابراین ضایعات معلوم و نامعلوم کارخانه افزایش می یابد .
۳- میکروارگانیسم ها می توانند ساکارز را به پلی ساکاریدهایی مانند لوان و دکستران تبدیل نمایند ، این پلی ساکاریدها باعث می گردند که کریستال های کربنات کلسیم ریزتر تشکیل شده و ویسکوزیته شربت نیز افزایش می یابد بنابراین مشکل صافی و دکانتور خواهیم داشت .
چنانچه لوان و دکستران به قسمت کریستالیزاسیون راه پیدا نمایند به شدت از کریستالیزاسیون ساکارز جلوگیری نموده و موجب افزایش ملاس می گردد ، دکستران معمولا در کارخانجات قندنیشکر و لوان در کارخانجات قند حاصله از چغندر قند تشکیل می گردد .
۴- افزایش رنگ و سختی شربت رقیق و غلیظ
هر تجزیه ی ساکارزی توام با تشکیل رنگ می باشد بنابراین در اثر فعالیت میکروارگانیسم ها هیدرولیز ساکارز رنگ شربت رقیق و غلیظ افزایش می یابد ، هم چنین چون قسمت عمده ی ساکارز در اثر
فعالیت میکروارگانیسم ها تبدیل به اسید لاکتیک می شود و اسید لاکتیک در فرآیند ایجاد لاکتات کلیسم می نماید و لاکتات کلسیم محلول می باشد لذا سختی شربت رقیق و غلیظ افزایش می یابد .
۵- افزایش رنگ شکر درجه ۱ :
با افزایش رنگ شربت غلیظ و رقیق توسط میکروارگانیسم ها ، رنگ شکر درجه ی ۱ افزایش می یابد .
۶- افزایش ماده ی ملاس :
چون میکروارگانیسم ها ساکارز را تجزیه و به مواد غیرقندی تبدیل می کنند لذا مواد غیرقندی و رنگ ها از کریستالیزاسیون ساکارز جلوگیری به عمل می آورند و مقدار ملاس را افزایش می دهند .
شربت گیری از چغندرقندهای فاسد
چنانچه چغندرقند فاسد شده باشد بسته به درجه ی فساد چغندرقند باید دمای دیفوزیون را کاهش داد و خلال را درشت تر نماییم و زمان دیفوزیون را نیز کاهش دهیم تا شربت گیری نسبتا مطلوبی انجام پذیرد .
پرس تفاله
تفاله حاصله از دیفوزیون وارد پرس می شود ، همان طوری که در شکل مشاهده می کنیم ابتدا فضا زیاد است و در اثر گردش محفظه فشار بر تفاله افزایش یافته ( به دلیل کاهش فضا ) از این رو آب تفاله از تفاله جدا می شود .
ساختمان پرس تفاله
ماده ی خشک تفاله ی خروجی از پرس ها حدود %۲۲-۲۰% می باشد بهترین دما برای تفاله ورودی به پرس ها بین oC60- oC50 است .
مزایای برگشت آب تفاله به دیفوزیون
– چنانچه آب تفاله به مصرف دیفوزیون نرسد در این صورت آب تفاله وارد سیستم فاضلاب می شود و باعث آلودگی و افزایش BOD و COD می شود .
– حجم فاضلا افزایش یافته و هزینه سرمایه گذاری بیشتری برای تصفیه ی فاضلاب خواهیم داشت .
– با برگشت آب تفاله به دیفوزیون ، مقدار آب مصرفی دیفوزیون کاهش می یابد بهترین دما برای آب تفاله ۷۲ است زیرا در این دما آب تفاله ضدعفونی می گردد ، اما چون برخی از میکروارگانیسم ها در ۷۲ مقاومند اوروزه سعی بر این است که روش زیر را برای ضدعفونی کردن آب تفاله استفاده قرار می گیرد :
دیفوزیون تفاله پرس
آب تفاله
آب تفاله آب تفاله نرمه گیر
صاف شده
مبدل حرارتی لوله ای مبدل حرارتی صفحه ای
روش ضد عفونی نمودن آب تفاله و برگشت آن به دیفوزیون
مصرف گاز So2 در آب تفاله
چنانچه به آب تفاله So2 اضافه نماییم به طوری که PH آب تفاله به ۳/۸-۳/۶ کاهش یابد در این صورت مواد کلوئیدی و خصوصا پروتین منعقد شده و جذب تفاله می گردد و چون این مواد از شربت جدا شده است .
بنابراین درجه ی خلوص آب تفاله و در نتیجه درجه ی خلوص شربت خام افزایش می یابد ولی باید توجه داشت که شرایط طوری ایجاد گردد که کاهش PH به سرعت انجام گیرد و سریعا آب تفاله وارد دیفوزیون گردد در غیر این صورت چون ساکارز در برابر اسید حساس است بنابراین هیدرولیز می گردد .
افزودن درجه ی خلوص شربت خام از طریق افزودن کلسیم هیدروژن سولفیت Ca(Hso3)2 :
مسیر خروج شربت خام به سمت مرحله تصفیه
به قسمتی از شزبت خام صاف شده کلسیم هیدروژن سولفیت می افزاییم تا PH آن به ۵/۷-۵/۶ کاهش یابد و بلافاصله آن را به دیفوزیون برگشت می دهیم با استفاده از دو روش فوق مواد پروتئینی جدا شده و جذب تفاله می گردد در این حالت :
اولا : مقدار تفاله افزایش می یابد .
ثانیا : ماده ی خشک آن نیز افزایش می یابد .
ثالثا : سرعت ترسیب در دکانتور و سرعت صاف شدن شربت در صافیها به دو برابر افزایش می یابد درجه خلوص شربت خام %۲/۱ اضافه شده و مقدار خاکستر شربت خام کمتر می شود .
تفاله خشک کن
تفاله خشک کن استوانه بسیار بزرگ بوده که طول حدود ۲۰-۱۵ متر و قطر ۳-۲ متر دارد صفحات به هم قفل شده ( ضربدر مانند ) داشته که در واقع جداسازی توده ی تفاله را انجام می دهد و آن ها را به صورت پرک در می آورد .
دمای مشعل حدود oC900 است چون تفاله %۷۸ آب دارد از این رو آب در دمای oC100 می جوشد پس هر چه دما باشد به علت رطوبت بالای تفاله آتش نمی گیرد و در انتهای رفته رفته مقدار دما به oC150 کاهش می یابد که در انتهای تفاله خشک کن مقدار رطوبت تفاله نیز کاهش می یابد .
در سیکلون که بخشی از تفاله خشک کن می باشد فن وجود دارد و مکش ایجاد می شود و تفاله وارد هلیس می شود و هوا نیز از سیکلون خارج می گردد رطوبت تفاله ی خشک %۱۲ -۱۰% است ، اگر کمتر باشد به نسبت کاهش رطوبت خطر آتش سوزی در تفاله خشک کن وجود دارد اگر رطوبت تفاله ی خشک شده به بیش از %۱۲- ۱۰% برسد در نتیجه چون تفاله ی خشک تا لحظه فروش مدتی در انبار نگهداری می شود ، ارتفاع تفاله در انبار تفاله نسبتا زیاد می باشد لذا میکروارگانیسم ها در اثر رطوبت زیاد فعالیت نموده و با مصرف قند تفاله ایجاد گرما می نماید و گرمای مذکور باعث افزایش دمای هوای داخل توده ی تفاله می گردد و گاهی اوقات افزایش دما آن قدر زیاد می باشد تا به نقطه اشتعال می رسد و آتش سوزی خود به خودی در تفاله ها ایجاد می گردد.
شربت خام
به شربتی که از دیفوزیون خارج می گردد به آن شربت خام می گوییم و بریکس شربت خام ۱۶-۱۵ می باشد و کوسیان شربت خام ثابت نبوده و به عوامل کاشت ، داشت ، برداشت و آب و هوای منطقه کشت و شرایط شربت گیری در دیفوزیون وابسته بوده و در حدود ۷۸%-۸۵% می باشد .
PH شربت خام ۶ بوده و رنگ شربت خام خاکستری مایل به سیاه ( رنگ ملانین ) می باشد .
کوره ی آهک
در صنعت قند نمی توانیم مستقیما شربت خام را تغلیظ نموده و مولکول های ساکارز را به کریستال ساکارز تبدیل نماییم زیرا ابتدا باید شربت خام تصفیه گردد و سپس عملیات تغلیظ صورت گیرد .
برای تصفیه شربت خام مهمتریت ماده ی مصرفی آهک می باشد مقدار مصرف آهک %۲Cao نسبت به چغندرقند می باشد و چون از سنگ آهک استفاده می نماییم برای فرآوری نیاز به کوره ی آهک داریم.
کوره ی آهک یکی از اجزای ضروری کارخانجات قند است از آهک و گاز Co2 که هر دو از ترکیبات سنگ آهک می باشند ، برای تصفیه ی شربت استفاده می شود سنگ آهک را در دستگاهی به نام کوره ی آهک در دمای oC910 حرارت می دهند و فعل و انفعالات شیمیایی که در کوره ی آهک به وقوع می پیوندد به صورت زیر می باشد :
Co2+Cao CaCO3+43500KCal
این معادله برگشت پذیر می باشد و در کارخانه مجددا در قسمت تصفیه Cao و Co2 با یکدیگر ترکیب شده و تولید کربنات کلسیم می نماید که به صورت رسوب است ، همان طوری که در فرمول دیده می شود تجزیه ی سنگ آهک احتیاج به حرارت بالا دارد از این جهت این واکنش را جاذب حرارت ( گرماگیر ) می نامند .
و در کوره های آهک از مواد مولد حرارت مثل کک ( ذغال سنگی که شسته شده و خاکستر کمی دارد ) استفاده می شود به غیر از کک می توانیم از مازوت و گاز نیز استفاده نماییم .
در حال حاضر اکثر کارخانجات قند برای پختن سنگ آهک از کک استفاده می کنند یک کیلو گرم کک خالص در اثر اشتعال ۸۱۰۰ کیلو کالری انرژی می کند بنابراین طبق فرمول تجزیه سنک آهک به ازای هر ۱۰۰ کیلو گرم سنگ آهک ۵/۴ کیلو گرم به عبارت دیگر ۵/۴ درصد سنگ آهک کک مصرف می شود .
شمای کلی کوره آهک
همان طوری که طبق شکل مشاهده می شود در کوره ی آهک ، سنگ آهک و کک از بالا وارد شده و Cao از پایین خارج شده و گاز Co2 نیز از بالای کوره ی آهک خارج می گردد Cao حاصله به مرحله تصفیه آهک خورI و IIمی رود و گاز Co2 حاصله نیز به مرحله ی اشباع I و II می رود .
قائدتا تامین انرژی حرارتی کوره ی آهک توسط کک ومشعل انجام می گیرد ، اگر ازکک استفاده نماییم به همراه سنگ آهک از بالا وارد کوره ی آهک می شود و اگر مشعل استفاده گردد ، در بدنه کوره نصب می گردد .
واگن سنگ آهک به سمت کوره ی آهک حرکت می کند ، در ابتدا درب کشویی بسته است که باز شده و چندین واگن آهک در آن قرار می گیرد و درب مخروطی باز می شود و سنگ آهک سقوط می کند و با سقوط سنگ آهک به داخل کوره درب کشویی بسته می شود ، آهک حاصله به مصرف میک و کنکاسور می رسد که در نهایت در آهک خور I و II یا قندگیری از ملاس مصرف می گردد ، معمولا در کوره تا خط چین همیشه پر است و انرژی کوره همان طور که قبلا اشاره شد از کک یا از مشعل تامین می گردد ، قرقره وینچ نیز کار جمع کردن یا باز کردن سیم ها ( جابجایی محفظه سنگ آهک ) را بر عهده دارد .
گاز Co2 خروجی از کوره چون گرد وغبار و خاکستر دارد وارد خاکستر گیر می شود و با آب مخلوط شده و خاکستر آن گرفته شده و از آن جا به لاور رفته و با آب مجددا شسته شده و ذرات گرد وغبار آن نیز گرفته می شود و بعد Co2 پمپ گاز که با آب کار می کند وارد قطره گیر شده که در این قسمت قطره های آب از گاز Co2 جدا می شود و Co2 خالص به مصرف اشباع I و II می رسد .
مناطق سه گانه کوره آهک
به طور کلی در کوره ی آهک سه قسمت مجزا طبق این شکل وجود دارد :
CaCo3 Co2
منطقه ی پیش گرم کن
(۱)
منطقه ی آتش
(۲)
منطقه ی سرد
(۳)
تخلیه هوا
مناطق سه گانه کوره ی آهک
هوا از قسمت پایین وارد می شود و رفته رفته چون در مجاورت CaCo3 گرم قرار می گیرد ، گرم می شود و وارد منطقه ی آتش می شود و اکسیژن را برای این منطقه تامین می کند و به گاز Co2 داغ تبدیل می گردد و این Co2 داغ وارد منطقه ی پیش گرمکن شده و سنگ آهک ورودی را گرم کرده و به صورت سرد خارج می گردد .
سنگ آهک داغ هم به منطقه ی آتش می رسد و دمای آن به قدری بالا است که مشتعل می شود و بدین ترتیب سنگ آهک تبدیل بهCao2 می گردد .
اگر منطقه آتش گسترش یابد یعنی قسمتی از پیش گرمکن یا قسمتی از منطقه ی سرد را فراگیرد ، نقطه ی جوش ایجاد می کند و چنانچه منطقه ی آتش کوچک شود سنگ آهک به آهک تبدیل نمی شود و سنگ اهک به جای آهک خارج می گردد.
اگر کشش Co2 را به کمک پمپ زیاد کنیم منطقه آتش بالا رفته و جوش ایجاد می کند به عبارت دیگر سرعت خروج Co2 نیز باید کنترل شده باشد و نباید زیاد باشد .
اگر زمان تخلیه را کم کنیم ( آهک زیادی تخلیه شود ) یا کشش آهک را زیاد نماییم سنگ آهک به جای آهک خارج می گردد .
اگر هوای کافی به کوره ی آهک نرسد در این صورت گاز Co2 با C ترکیب شده و ایجاد Co می نماید :
Co ۲انرژیo2+C+C
اگر ارتفاع منطقه ی آتش بیشتر شود در این صورت نیز Co تشکیل می گردد :
انرژی۲C+O2 2Co+
برای کنترل کارکرد کوره ، اندازهگیری درصد گاز کربنیک در خروجی انجام می گیرد .
محاسبه درصد Co2 در کوره ی آهک
در داخل کوره دو واکنش اتفاق می افتد :
۱- واکنش گرماگیر : منجر به تجزیه ی سنگ آهک می شود .
شرایط استوکیومتری
۱ ۱ ۱ Mol
در شرایط کوره
۱ ۱ ۱۰۰M ol
۱۰۰
۲- واکنش گرما زا
۲ ) C + Air ( or + 3/76 N2 ) Co2 + 3/76N2
شرایط استوکیومتری
۷۶/۳ ۱ ۷۶/ ۱۳ ۱ Mol
در شرایط کوره
۱۰ ۱۰ ۱۰ ۱۰ ۱۰ Mol
۱۲ ۱۲ ۱۲ ۱۲ ۱۲
آنالیز تقریبی گازهای خروجی از کوره
گاز خروجی تعداد مول
Co2 1+10/12
O2 10/12
N2 3/76+10/12
No, No2 , Sox ناچیز ppm
)/(۳/۷۶+۱۰/۱۲+۱۰/۱۲+۱*۱۰)=۰/۳۱۶ ۱۲+۱ / ۱۰ = ( کلCo2
درصد گاز Co2 خروجی
دستگاه تهیه آهک
همان طوری که قبلا اشاره کردیم آهک خروجی از کوره به صورت شیر آهک در آمده و در طی فرآیند مورد استفاده قرار می گیرد . دستگاهی که شیر آهک در آن تهیه می شود mick (میک ) نامیده می شود .
دستگاه میک استوانه فلزی افقی یا کمی مایل گردان می باشد که با یک دستگاه الکتروموتور به دور خود می چرخد آب و آهک از قسمت پایین وارد دستگاه شده و به بالای دستگاه انتقال داده می شود و توسط قاشقکهای مخصوص اختلاط آن ها صورت می گیرد .
در اثر مجاورت آب و آهک ، آهک شکفته شده و تولید مقداری بخار و حرارت می کنند که بخار از سیستم خارج می شود آهک دارای غلظت ۲۰ بومه می باشد آب آهک خروجی از روی صافی های فلزی و لرزان رد می شود تا مواد خارجی مثل ماسه از آن گرفته شود .
آب آهک صاف شده وارد مخازن استوانه شکل قائم می شود و در داخل این مخازن محورهای گردان مجهز به تعداد پره می باشد که دائما باعث اختلاط ذرات ریز آهک و آب می گردد آب خروجی از دستگاه میک اگر فورا مخلوط نشود ذرات آهک فورا ته نشین شده و ضمنا ذرات ناشکفته شکفته می شوند .
از آنجایی که ذرات رسوب شده نباید پره ها و سایر قسمت های پمپ را خراب کنند به هر صورت امکان گرفتگی وجود دارد و حتی المقدور از لوله های با قطر بالا استفاده می شود تا جلوی رسوب ذرات آهک را بگیرد .
آماده سازی کوره ی آهک :
( چند روز قبل از دوران بهره برداری )
– قرار دادن مواد پوشالی و قابل اشتعال داخل کوره از قسمت پایین کوره
– ریختن چوب سفید کاملا خشک از بالا
– تکه های چوب سفید بزرگتر از مرحله ی قبلی از بالا
– مقدار زیادی کک به کوره اضافه گردد ( اختلال آهک و کک به نسبت ۹ به ۱ در پایین کوره انجام می گیرد )
– چیدن کوره ها به ترتیب فوق انجام گرفته و روشن کردن پوشال ها صورت می گیرد .
آتش باعث اشتعال خرده چوب شده که منجر به اشتعال چوب های بزرگتر و در نهایت کک می شود . حرارت به سنگ آهک و کک که با هم مخلوط شده اند انتقال پیدا کرده ومنجر به اشتعال آن ها نیز می شود .
در مرحله ی بعدی پمپ های Co2 به کار گرفته شده و مکش شعله به بالا و مکش هوای سرد از پایین انجام می گیرد .
و گرم کردن لوله ها یا کنترل درجه ی حرارت انجام می گیرد و در نهایت منجر به پخته شدن سنگ آهک می شود و سپس مواد خارجی از کوره ، خاکستر و گازهای خروجی به محیط منتقل می شود .
تصفیه شربت خام
شامل روش های فیزیکو شیمیایی است که جدا کردن مواد غیر قندی از شربت مورد استفاده قرار می گیرد ، به عبارت دیگر هدف از تصفیه ی شربت افزایش درجه ی خلوص شربت می باشد .
لزوم تصفیه شربت خام
– شربت چغندر قند محتوی مواد معلق ریزی است مثل خرده ی چغندر قند و پروتئین هایی که منعقد شده اند که موجب پایین آمدن درجه ی خلوص شربت شده ودر قسمت صافی های فیلتراسیون مشکلات زیادی را به وجود می آورد .
– ساکارز در محیط اسیدی تبدیل به قند اینورت شده که مانع کریستالیزه شدن ساکارز شده ، همچنین اینورت در دمای نسبتا بالا تبدیل به اسید لاکتیک شده که موجب هیدرولیز ساکارز و خوردگی در اواپراتورها می شود از این رو باید با آهک خنثی شود .
– مواد رنگین موجود در شربت که باعث رنگی شدن شکر استحصالی می گردد باید از شربت جدا گردد تا درجه ی خلوص آن افزایش یابد .
-مواد ملاس زا چنانچه طی تصفیه جدا نشوند میزان ملاس را افزایش داده و از این طریق ضایعات قندی افزایش می یابد .
ا هداف تصفیه شربت
– حداکثر مواد غیر قندی را از طریق جذب با کربنات کلسیم از محیط خارج می کنیم .
– رسوب دادن مواد پکتینی ، مواد پروتئینی و مواد غیر قندی با ماکرو مولکول .
– آنیونها ( سیترات ، فسفات ) با کلسیم و منیزیم رسوب می دهند
– حتی الامکان باید از بین رفتن ساکارز چه از طریق شیمیایی و چه از طریق میکروارگانیسم ها جلوگیری کرد .
– قند اینورت باید از بین رود در غیر این صورت در طی فرآیند مشکل زا است .
راه های تصفیه شربت :
– تصفیه شربت به روش کلاسیک قدیم
– تصفیه شربت به روش کلاسیک جدید
– تصفیه شربت به روش Dorr
– تصفیه شربت به روش برانشوایک
– تصفیه شربت به روش BMA
– تصفیه شربت به روش نوی ساد
-تصفیه شربت به روش ویکلوند
اساس کار تصفیه در تمامی روش های فوق یکسان است و فقط در پاره ای از موارد با هم اختلاف دارندکه در راندمان تصفیه نیز موثر است .
امروزه در اکثر کارخانجات قند روش کار به این صورت است که به شربت خام ۲-۱ درصد آهک اضافه می کنیم و در نتیجه مواد کلوئیدی و نمک های غیر محلول کلسیم و ترکیبات پکتینی و پروتئینی ته نشین می شود .
در مرحله بعد آهک اضافی در شربت به وسیله ی گاز کربنیک به کربنات کلسیم تبدیل گشته و همزمان با آن نیز از ساکارات کلسیم ساکارز آزاد می شود ، مرحله اول را آهک زنی و مرحله دوم را کربناتاسیون ( اشیاع ) می نامند .
فلوکه شدن کلوئیدها در محیط قلیایی در یک PH معین و مشخص صورت نمی گیرد بلکه درPH=10/8 تا PH=11/2 به حداکثر خود می رسد .
آهک زدن
اضافه کردن آهک به صورت شیر آهک در دو مرحله انجام می شود ، مرحله اول را آهک خور مقدماتی ( پرشولاژ ) یا دفکاسیون I ۲ می نامند و مرحله ی دوم را آهک خور II (آهک خور اصلی ) ، شولاژ ۳ یا دفکاسیون II۴ می نامند .
در گذشته نحوه اضافه کردن آهک به این صورت است که به شربت در یک مخزنی که مجهز به همزن است یک دفعه شیر آهک اضافه نموده و PH آن را به ۱۰/۸-۱۱/۲می رسانند و سپس مخزن را تخلیه نمود و مجددا این فرآیند تکرار می شود .
این روش برای کارخانجات بزرگ مناسب نمی باشد وبه عنوان یک سیستم غیر مداوم شناخته شده است .
در روش دیگر اضافه کردن آهک به صورت نیمه مداوم می باشد شربت از یک طرف وارد آهک خور می شود و از طرف دیگر خارج می شود و قلیایی توسط دوش شیر آهک تامین می شود ، این روش نیز در کارخانجات قند دوام زیادی پیدا نکرد زیرا در اکثر اوقات لوله های شیر آهک ایجاد رسوب می نمود و جریان شیر آهک قطع میگردید .
روشی که هم اکنون در سیستم تصفیه شربت مداوم اعمال می شود روش بریگل مولر می باشد در این روش حرکت شربت و آهک برخلاف جهت یکدیگر بوده و به صورت پله ای و به مدت ۲۰ دقیقه PH شربت را به ۱۰/۸-۱۱/۲ می رساند .
این دستگاه از مخزن مکعب مستطیل که سطح قاعده آن به صورت نیم دایره در آمده و در قسمت پایین آن بهم زن قرار دارد که آن ایجاد تلاطم در شربت و برگشت مقداری شربت به خانه ما قبل می باشد ، قسمت بالا به وسیله ی صفحات ومتحرکی به ۷ قسمت تقسیم شده است که وظیفه این صفحات متحرک تنظیم PH خانه ها می باشد طبق این روش PH خانه ی اول بین ۹-۵/۸ PH شربت خروجی ۱۰/۸-۱۱/۲می باشد .
شربت خام از یک طرف مخزن وارد وپس از گذشتن از خانه هفتم خارج می شود .
پارامتر های موثر در آهک خور I
: PH-1 بهترین PH برای آهک خور اول ۱۰/۸-۱۱/۲ می باشد اگر PH کمتر از ۱۰/۸ باشد در این صورت به نسبت کاهش PH موادغیر قندی به طور کامل جدا نمی شوند در PH خاص مواد غیر قندی جدا می گردد اگر PH آهک خور I بیش از ۱۰/۸-۱۱/۲باشد در این صورت موادغیر قندی جدا شده و به نسبت افزایش PH مجددا حل می گردد.
چنانچه زمان فعل و انفعالات کامل شود و شربت تثبیت گردد و سپس آهک اضافه گردد در این صورت با افزایش PH آهک خور I مواد غیر قندی جدا شده و مجددا حل نمی گردد.
درPH پایین تر از ۱۰/۸-۱۱/۲ اعقاد مواد پروتئینی و جدا سازی آن سریعتر است ولی هیدرولیز ساکارز زیاد می باشد از این رو در () PH =10/8-11/2بیشترین جداسازی مواد غیرقندی و کمترین هیدرولیز ساکارز وجود دارد .
زمان ( دقیقه ) ۲۳ ۲۰ ۱۵ ۷
دما (oc) 35 40 55 70
به نسبت افزایش دما زمان کاهش می یابد دو مشکل اساسی وجود دارد
الف – حساسیت آهک به حرارت که با افزایش درجه ی حرارت رسوب آهک بیشتر است .
ب- حساسیت پکتین به قلیا و دما با توجه به این که پکتین چغندرقند نسبت به پکتین سایر گیاهان به دما و قلیا حساس تر است .
ج- اگر دما پایین باشد مشکل فعالیت میکروارگانیسم ها وجود دارد که اثرات آن بحث شد .
آزمایشات نشان داده که اگر زمان ۲۳ دقیقه و دمای oc 35 را اعمال کنیم پکتین نمی شکند آهک رسوب نمی کند ولی میکروارگانیسم ها فعالیت می کند
.
اگر زمان ۷ دقیقه و دمای oc70 را اعمال کنیم پکتین شکسته شده و آهک نیز رسوب می کند ولی فعالیت میکروارگانیسم ها متوقف می شود که جدا سازی مواد غیر قندی نیز پایین می باشد .
با توجه به موارد فوق بهترین دما برای آهک خور اول oc 55 و زمان ۱۵ دقیقه می باشد .
معمولا مقداری از گل زیر دکانتور را مجددا به آهک خور اول (بریگل مولر ) برگشت می دهند و مزایای برگشت گل درشت تر کردن کریستال کربنات کلسیم می باشد :
۳Ca (OH)2 + Co2 CaCo
افزودن گل برگشتی کریستال را بزرگتر می نماید که در نهایت جدا سازی توسط صافی راحت تر است .
هر چه کریستال کربنات کلسیم بزرگتر باشد یعنی سطح لازم برای جذب مواد غیر قندی ( پکتین ، پروتئین و ….) که به صورت کلوئید با بار منفی هستند فراهم شده است .
مزیت دیگر افزودن گل برگشتی به آهک خور اول صرفه جویی در مصرف آهک می باشد به دلیل این که در گل برگشتی مقداری آهک وجود دارد .
بهترین محل برای اضافه کردن گل برگشتی خانه ی اول و خانه ی سوم بریگل مولر ( آهک خور I) می باشد .
اگر دمای آهک خور I کمتر از oc 65 باشد گل را باید به خانه ی اول بریگل مولر اضافه کرد و اگر دما بیش از oc 65 باشد باید گل را به خانه دوم یا سوم بریگل مولر اضافه نمود .
هدف از آهک خور اول جداسازی قسمتی از مواد غیرقندی و افزایش درجه ی خلوص شربت می باشد ، خصوصا در این مرحله انعقاد مواد پروتئینی انجام می گیرد در ()PH10/8-11/2 مواد کلوئیدی ، ترکیبات پکتینی و پروتئین بی آب شده و منعقد می گردند .
آهک خور II
اهداف آهک خور II
– استریل کردن شربت :
با توجه به این که دما و قلیایی در آهک خور II شدید می باشد بنابراین کلیه ی میکروارگانیسم ها از بین رفته و شربت در آهک خور II حالت استریل دارد .
– فراهم نمودن سطح کریستال کربنات کلسیم لازم :
به ازای هر مولکول کلو ئید با بار منفی یک سطح لازم است . آهکی که در آهک خور II اضافه می شود سطح مورد نیاز برای جذب کلوئید با بار منفی را تامین می کند که به نوبه ب خود در جدا سازی ماده ی غیرقندی موثر است .
کلوئید با بار منفی
– کمک به صافی ها :
هر چه آهک بیشتر مصرف شود به همان نسبت با توجه به وجود کلوئیدها با بار منفی و جذب آن ها بر روی یکدیگر کریستال های کربنات کلسیم درشت تر شده و شربت راحت تر صاف می شود .
– تجزیه ی عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدین
ملانوئیدین محصول قهوه ای شدن غیر آنزیمی یا واکنش میلارد می باشد واین رنگدانه طی یک سری واکنش های زنجیر مانند در اثر واکنش بین گروه آمینی پروتئین و گروه هیدروکسیلی گلیکوزیدی قندها به وجود می آید شرط اول برای انجام این واکنش وجود قند احیا کننده می باشد از طرفی ساکارز قندی غیر احیا کننده می باشد بنابراین در این واکنش شرکت نمی کند و برای شرکت در این واکنش باید هیدرولیز شده و به اینورت که قندهای احیا کننده می باشند تبدیل شوند و این قندهای احیا کننده با گروه آمینی اسیدهای آمینه مثل اسپارژین و گلوتامین تولید ملانوئیدین می نماید .
ملانوئیدین اینورت + اسیدهای آمینه(خصوصا اسپارژین ، گلوتامین)
NH4 + اسید پیرولیدون شیر آهک اسپارژین ، گلوتامین
H + NH3 شیر آهک NH4
اسید لاکتیک شیر آهک اینورت
چنانچه عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدین در آهک خور II تجزیه نشود در این صورت شربت تمام مراحل را طی نموده و در اواپراسیون به علت دمای زیاد عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدن تجزیه می گردد .
چون در بدنه های اواپراسیون آهکی وجود ندارد اسیدهای مذکور خنثی نمی شوند ، بنابراین اسید پیرولیدن حاصله از تجزیه اسپارژین و گلوتامین و اسید لاکتیک حاصله از تجزیه ی انورت و عامل اسیدی H باعث افت PH و در شربت های اواپراتور می گردد ،
به طور کلی PH شربت غلیظ حدود ۹ است چنانچه افت PH به حدود ۸ تا ۸/۲ برسد تقریبا قابل قبول است ولی اگر افت PH به کمتر از ۸ برسد ، در این صورت با توجه به حساسیت ساکارز در مقابل دما و محیط اسیدی هیدرولیز آن بیشتر شده و تبدیل به اینورت و در نهایت به اسید لاکتیک تبدیل می شود .
لازم به توضیح است که هر تجزیه ی ساکارزی توام با تشکیل رنگ می باشد بنابراین رنگ شربت نیز تیره تر می شود که بر روی رنگ شکر استحصالی اثر نامطلوب دارد .
عوامل موثر در آهک خور II
۱- تناسب دما و زمان
جدول زیر رابطه ی بین زمان و دما را در آهک خور II نشان می دهد این دما و زمان برای آهک خور II باید برای هیدرولیز عوامل تشکیل دهنده ملانوئیدین انجام می گیرد .
دما (oc ) 75-70 85-75
زمان (دقیقه ) ۱۵ ۱۰-۵
بهترین دما برای آهک خورoc II88 می باشد .
بر اساس موارد فوق روش های مختلف تصفیه به وجود آمد ، در ابتدا تصفیه ی شربت بر اساس کلاسیک قدیم پایه ریزی شده بود که شما تیک این تصفیه در این نمدار آمده است.
برای هیدرولیز عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدین دمای بالا مورد نیاز است که در روش کلاسیک قدیم نیز روشوفر این دما را تامین می کند ولی از طرفی موجب رسوب و کاهش فعالیت شیر آهک می شود چون دما حساس است و محلولیت آهک در این دما (oc88) کاهش می یابد .
بنابراین شیر آهک به علت کاهش فعالیت قادر نیست اثر مطلوبی را بر هیدرولیز عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدن داشته باشد .
به عبارت دیگر در این روش امکان دارد که کلیه ی عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدین هیدرولیز کامل نگردد با توجه به مشکل فوق روش جدیدی به نام تصفیه شربت به روش (کلاسیک جدید ) ابداع گردید.
در روش کلاسیک جدید شیر آهک خورII به صورت سرد اضافه می گردد و زمان لازم برای تاثیر آهک بر روی عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدین در نظر گرفته می شود .
به عبارت دیگر در این مرحله شیر آهک اثر خود را بر روی شکسته شدن پیوند عوامل تشکیل دهنده ی رنگ ملانوئیدین گذاشته ولی تجزیه به صورت کامل نمی پذیرد زیرا دمای لازم در این مرحله تامین نگردیده است .
