Zahărul este unul dintre cele mai consumate alimente din lume, derivat în principal din trestie de zahăr și sfeclă de zahăr. Producerea zahărului de înaltă calitate este un proces complex care implică mai multe etape: extracție, clarificare, evaporare, cristalizare și rafinare. În fiecare etapă de procesare a zahărului, calitatea și puritatea sucului de zahăr trebuie controlate cu precizie. Impuritățile naturale, cum ar fi particulele coloidale, proteinele, pigmenții și microorganismele, pot afecta serios eficiența clarificării, filtrării și cristalizării.
Substanțele chimice joacă un rol crucial în procesele moderne de fabricare a zahărului. Fără un control chimic adecvat, aceste impurități pot cauza descuamare, probleme de culoare și pierderi de producție. Substanțele chimice utilizate în fabricarea zahărului nu numai că sporesc eficiența și producția, dar îmbunătățesc și calitatea produsului, reduc consumul de energie și ajută fabricile să respecte standardele de protecție a mediului. Aceste substanțe chimice pot:
- Îmbunătățește eficiența clarificării și efectul de separare solid-lichid.
- Prevenirea creșterii microorganismelor în sucul și siropul de fructe.
- Îmbunătățește efectul de decolorare al zahărului granulat alb de înaltă puritate.
- Controlați formarea spumei și a depunerilor de crustă în evaporator și evaporatorul în vid.
Acest articol ia trestia de zahăr ca exemplu pentru a rezuma în mod cuprinzător procesul de fabricare a zahărului. De asemenea, a explicat modul în care diferite substanțe chimice - floculanți, dezinfectanți, agenți decoloranți și antispumanți - au fost aplicate în fiecare etapă pentru a asigura o funcționare fără probleme și o producție de zahăr de înaltă calitate.
Procesul de producție a zahărului și aplicarea substanțelor chimice
Pregătirea materiei prime
Producția de zahăr începe cu recoltarea și pregătirea materiilor prime. Trestia de zahăr este spălată și tocată pentru a îndepărta pământul, pietrele și frunzele. În această etapă, dacă sucul este lăsat să stea mult timp, va începe să se reproducă microorganisme. Pentru a reduce încărcătura microbiană de pe suprafața materiilor prime, pentru a preveni contaminarea sau alterarea sucului de zahăr în timpul procesului de zaharificare, uneori se aplică dezinfectanți pe suprafața trestiei de zahăr, a apei de depozitare sau a echipamentelor de curățare.
| Tip de dezinfectant | Concentrație recomandată | Metoda de aplicare | Funcții principale | Precauții | Avantaje |
| Hipoclorit de sodiu (NaClO) | 50–200 ppm clor liber | Pulverizarea sau înmuierea suprafeței trestiei de zahăr timp de 5-10 minute | Sterilizare cu spectru larg, reduce încărcătura microbiană | Controlați concentrația (în general 50–200 ppm clor liber). Evitați excesul de clor rezidual în suc pentru a preveni problemele de culoare sau cristalizare. Clătiți sau scurgeți după utilizare, dacă este necesar. | Sterilizare cu spectru larg; cost redus. |
| Dicloroizocianurat de sodiu (SDIC) | 50–150 ppm clor liber | Pulverizarea sau înmuierea suprafeței trestiei de zahăr timp de 5-10 minute | Stabilitate ridicată, eficiență puternică de sterilizare | Controlați clorul liber pentru a evita afectarea cristalizării și culorii sucului. | Mai stabil decât hipocloritul de sodiu; eficiență ridicată; clor rezidual controlat; utilizat pe scară largă în mediile de procesare a alimentelor. |
| Peroxid de hidrogen (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Adăugat în apa de curățare sau în pulverizarea suprafețelor | Sterilizare, fără reziduuri, ecologică | Concentrație de control; în general 0,1–0,5% pentru tratamentul suprafeței. Manipulați cu grijă în timpul funcționării. | Se descompune fără reziduuri; sigur și ecologic. |
| Apă caldă / Abur | Apă caldă la 80–90°C sau abur la 100°C | Clătire cu apă fierbinte sau tratament cu abur timp de 2-5 minute | Sterilizare fără adaos de substanțe chimice | Consum mare de energie; necesită echipament adecvat; respectați măsurile de siguranță. | Fără aditivi chimici; reduce reziduurile chimice. |
| Curățarea instalațiilor / instalațiilor Dezinfectarea apei | SDIC, 50–100 ppm | Curățarea echipamentelor, a vehiculelor de transport | Previne contaminarea secundară | Înlocuiți și monitorizați periodic concentrația de clor liber. | — |
Practică recomandată
Când trestia de zahăr intră în fabrică, aceasta este supusă unei spălări inițiale cu apă curată pentru a îndepărta murdăria și impuritățile.
Apoi, dezinfecția suprafeței se efectuează prin pulverizarea de SDIC cu concentrație scăzută sau hipoclorit de sodiu, în funcție de condiții.
Sursele de apă și echipamentele de curățare ale fabricii de zahăr ar trebui, de asemenea, dezinfectate în mod regulat pentru a asigura mediul igienic general.
Extracția sucului
După prima etapă de curățare și dezinfectare, următorul pas este extragerea sucului de trestie de zahăr. Sucul este de obicei extras prin presare mecanică sau prin sisteme de difuzie. Această etapă implică spargerea structurii dure a trestiei de zahăr și extragerea sucului din aceasta.
În majoritatea cazurilor, un storcător de trestie de zahăr este alcătuit din trei mori cu role, în combinație cu un tocător sau lame rotative. După ce trestia de zahăr este procesată pe o bandă transportoare, aceasta va fi transportată pe o altă bandă transportoare pentru a extrage mai mult suc. Cu toate acestea, înainte de transport, se va stropi mai întâi cu apă pentru a extrage mai mult sucul. Reziduul rămas după stoarcere se numește bagasă.
Sucul conține impurități solubile și în suspensie, inclusiv fibre vegetale, proteine și chiar particule de sol care au fost complet spălate. Aceste impurități trebuie tratate pentru a spori eficiența clarificării și cristalizării ulterioare.
Clarificarea sucului de trestie de zahăr
Clarificarea sucului este cea mai importantă etapă din faza incipientă a procesului de fabricare a zahărului. Scopul este de a elimina impuritățile (cum ar fi solul, proteinele, coloizii, acidul organic etc.) din sucul de trestie de zahăr și de a-i îmbunătăți puritatea. În general, se adoptă procesul cu var, combinat cu metoda de flotație cu fosfor sau cu metoda de carbonatare.
Utilizarea substanțelor chimice
Var (CaO)/lapte de var (Ca(OH)2) : Neutralizează substanțele acide și precipită impuritățile.
Dioxid de carbon (CO2) (utilizat în metoda de carbonatare): Reacționează cu varul pentru a forma un precipitat de carbonat de calciu, care adsorbe impuritățile.
Floculant/adjuvant coagulant: Ajută la depunerea rapidă a solidelor în suspensie.
Utilizate în mod obișnuit: clorură de polialuminiu (PAC), poliacrilamidă (PAM) etc.
Sulf (SO2) sau sulfit de sodiu: Joacă un rol în albire, decolorare și sterilizare în flotația cu fosfor.
Filtrare și preîncălzire
După clarificare, sucul trebuie filtrat pentru a îndepărta sedimentele. Preîncălzirea sucului înainte de evaporare este crucială, deoarece ajută la reducerea vâscozității sucului și previne creșterea microbiană.
Evaporare și concentrare
Sucul de fructe este apoi concentrat într-un sirop folosind un evaporator multi-efect, reducând conținutul de umiditate de la aproximativ 85% la 30-40%. Evaporarea în vid ajută la menținerea calității zahărului, dar prezintă și unele provocări operaționale:
- Proteinele și agenții tensioactivi dizolvați provoacă formarea de spumă.
- Acumulare de calcar pe suprafața evaporatorului.
Aplicații chimice:
Antispumanți: Antispumanți pe bază de silicon pentru suprimarea spumării la temperaturi ridicate. Antispumanți pe bază de polieter și alcooli grași potriviți pentru sisteme de producere a sucurilor de fructe cu spumă medie.
Inhibitori/Dispersanți de depunere a apei: Previn formarea depunerilor de carbonat de calciu sau sulfat în evaporator.
Impact: Controlul eficient al spumei și prevenirea depunerii de calcar asigură o evaporare lină, o eficiență mai mare a transferului de căldură și mai puțini timpi de nefuncționare.
Cristalizare
Procesul de cristalizare în producția de zahăr (adesea denumit în industrie fierbere) este o etapă crucială în transformarea siropului de zahăr concentrat în cristale solide de zaharoză. Siropul concentrat este fiert într-un cazan sub vid pentru a iniția cristalizarea zahărului. Cristalizarea corectă este esențială pentru randamentul zahărului, dimensiunea cristalelor și culoarea acestuia. Acesta este un proces fizico-chimic complex, conceput pentru a controla dimensiunea și uniformitatea cristalelor de zaharoză precipitate.
În acest proces se utilizează adesea antispumanți. Antispumanții controlează formarea spumei în timpul fierberii, prevenind revărsarea siropului.
Cristalizarea stabilă crește randamentul zahărului și reduce pierderile în timpul centrifugării.
Centrifugare și separare
După formarea cristalelor, acestea sunt separate de melasă folosind o centrifugă și apoi uscate prin conducte fierbinți. Melasa poate fi procesată ulterior pentru producerea de etanol, hrană pentru animale sau alte utilizări.
Decolorare și rafinare
Decolorarea și rafinarea reprezintă etapa finală în procesul de fabricare a zahărului, utilizată în principal în producția de zahăr alb rafinat de înaltă puritate (cum ar fi zahărul granulat sau zahărul gem). Această etapă necesită utilizarea unor cantități mari de substanțe chimice și adsorbanți.
Substanțele chimice utilizate în mod obișnuit includ:
Cărbune activ (pulbere sau granule): Adsorbe polifenoli, caramel și alți pigmenți.
Rășini decolorante/rășini schimbătoare de ioni: Îndepărtați compușii colorați ionici și neionici.
Peroxid de hidrogen (H₂O₂): Oxidează pigmenții rămași, deschizând și mai mult culoarea siropului.
Agenți decoloranți: Asigură valori ICUMSA scăzute și o calitate vizuală ridicată.
Cele de mai sus prezintă principalele procese și aplicații chimice din industria zahărului.
Afișaj de substanțe chimice conexe:
Cum sunt tratate apele uzate din industria zahărului?
Fabricile de zahăr generează ape uzate în timpul procesului de producție a zahărului. Aceste ape uzate au o calitate complexă și o încărcătură poluantă ridicată, necesitând o tratare sistematică a apei înainte de deversare.
Apele uzate provin în principal din spălarea materiilor prime, curățarea echipamentelor, apele uzate din procesul de producție a zahărului, apa de răcire/condensul și purjarea cazanelor. Aceste ape uzate sunt caracterizate de valori foarte ridicate ale COD și BOD (datorită conținutului de zahăr), conținut ridicat de solide în suspensie, biodegradabilitate puternică și uneori conțin ulei și nămol. Prin urmare, o combinație de procese - pretratare + coagulare și sedimentare + tratament biologic + tratament avansat - este utilizată de obicei pentru a trata aceste ape uzate. Metodele comune de tratare includ tratarea fizică (cum ar fi sedimentarea și filtrarea), tratarea chimică (cum ar fi coagularea și neutralizarea) și tratarea biologică (cum ar fi procesele cu nămol activ și zonele umede construite).
Ce substanțe chimice sunt necesare pentru tratarea apelor uzate din industria zahărului?
Etapele specifice și aplicațiile chimice sunt următoarele:
| Etapa tratamentului | Scop | Substanțe chimice recomandate | Funcții principale |
| 1. Spălarea materiilor prime și pretratarea primară | Îndepărtați nisipul, noroiul, fibrele, solidele în suspensie | PAC (clorură de polialuminiu) | Coagulare rapidă, îndepărtarea SS și a turbidității |
| PAM (Poliacrilamidă) – Anionic/Neionic | Formarea flocului, îmbunătățește tasarea | ||
| Antispumant | Controlează spuma generată în timpul spălării trestiei și extragerii sucului | ||
| 2. Egalizare și ajustare a pH-ului | Stabilizarea calității influentului, ajustarea pH-ului pentru procesele din aval | Var (CaO / Ca(OH)₂) | Crește pH-ul, îndepărtează parțial duritatea |
| Hidroxid de sodiu (NaOH) | Reglarea precisă a pH-ului | ||
| Acid sulfuric / Acid clorhidric | Reduce pH-ul | ||
| Antispumant | Reduce spuma din bazinul de egalizare | ||
| 3. Coagulare și floculare (sedimentare primară) | Îndepărtați solidele în suspensie, coloizii, culoarea; reduceți COD-ul | PAC / PolyDADMAC / Poliamină | Coagulanți primari pentru îndepărtarea turbidității și a culorii |
| PAM (Anionic) | Îmbunătățește rezistența floconului și viteza de tasare | ||
| Adjuvanți de coagulare (de exemplu, silicat de magneziu) | Îmbunătățește claritatea și performanța de așezare | ||
| 4. Tratament biologic anaerob (UASB, EGSB) | Reducerea încărcăturii organice ridicate (COD, BOD) | Aditivi nutritivi (surse de N și P) | Menținerea activității microbiene și a biomasei sănătoase |
| Ajustori de pH | Mențineți pH-ul optim (6,8–7,2) pentru bacteriile anaerobe | ||
| Antispumant | Suprimă spuma asociată cu biogazul | ||
| 5. Tratament aerob (nămol activ, SBR) | Reducerea suplimentară a COD, BOD și amoniacului | Aditivi nutritivi (N și P) | Furnizează nutrienți echilibrați microorganismelor |
| Antispumant | Controlează spuma în timpul aerării | ||
| Bioenzime / Culturi microbiene | Îmbunătățește eficiența degradării biologice | ||
| 6. Tratament avansat (dacă se aplică standarde stricte de externare) | Îmbunătățește claritatea, elimină reziduurile de COD, SS, culoare | Poliamină / PoliDADMAC | Decolorare puternică și îndepărtare a turbidității |
| PAC | Îndepărtarea suplimentară a SS și a coloizilor | ||
| PAM (Greutate Moleculară Mare) | Floculare finală și lustruire | ||
| Cărbune activ | Îndepărtează culoarea, mirosul și reziduurile organice | ||
| 7. Dezinfecție și reutilizare a apei | Asigurarea siguranței microbiene pentru deversare sau reutilizare | Hipoclorit de calciu | Dezinfecție puternică |
| Hipoclorit de sodiu | Dezinfectant obișnuit cu dozare online | ||
| SDIC (diclorizocianurat de sodiu) | Eliberare stabilă și de lungă durată de clor | ||
| TCCA (acid triclorizocianuric) | Conținut ridicat de clor, clorurare cu eliberare lentă |
Producția de zahăr este un proces industrial complex care necesită un control precis în fiecare etapă - de la prepararea materiei prime și stoarcere până la clarificare, evaporare, cristalizare, rafinare și tratarea apelor uzate. Fiecare etapă prezintă propriile provocări, inclusiv solide în suspensie, culoare, activitate microbiană, formarea spumei și acumularea de depuneri de crustă. Prin integrarea substanțelor chimice adecvate în fiecare etapă a procesului de producție a zahărului, fabricile de zahăr pot crește producția, pot îmbunătăți calitatea cristalelor, pot spori culoarea, pot reduce pierderile și pot minimiza timpii de nefuncționare. Simultan, soluțiile chimice optimizate contribuie la protecția mediului printr-o tratare mai eficientă a apelor uzate și o reducere a deșeurilor chimice.
Alegerea partenerului chimic potrivit permite fabricilor de zahăr să îmbunătățească eficiența producției, să asigure o calitate constantă a produselor, să prelungească durata de viață a echipamentelor și să atingă excelența operațională pe termen lung.