تکنولوژی قند | جلسه بیست و سوم: اشباع اول و دوم در تصفیه شربت؛ تشکیل گل کربنات کلسیم، برگشت گل و کنترل فرآیند
مقدمه
پس از انجام مراحل پرشوالژ و شوالژ، اگرچه بخش قابل توجهی از ناخالصیهای شربت خام تحت تأثیر آهک قرار گرفتهاند، اما هنوز مقدار زیادی آهک اضافی و ترکیبات نامطلوب در شربت وجود دارد. در این مرحله، فرآیند اشباع (Carbonation) آغاز میشود تا آهک اضافی به رسوب کربنات کلسیم (CaCO₃) تبدیل شود.
رسوب ایجادشده تنها یک محصول جانبی نیست، بلکه بهعنوان یک جاذب قوی عمل کرده و بسیاری از ناخالصیهای محلول و کلوئیدی را با خود از شربت خارج میکند. به همین دلیل، مراحل اشباع اول و دوم از مهمترین بخشهای فرآیند تصفیه محسوب میشوند و کیفیت اجرای آنها تأثیر مستقیمی بر شفافیت شربت، راندمان فیلتراسیون و کیفیت شکر نهایی دارد.
اشباع اول (First Carbonation) چیست؟
اشباع اول، سومین مرحله از فرآیند کلاسیک تصفیه شربت است.
در این مرحله، گاز دیاکسید کربن (CO₂) به شربتی که حاوی آهک اضافی است تزریق میشود تا واکنش شیمیایی زیر انجام شود:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
در نتیجه این واکنش، رسوب کربنات کلسیم تشکیل میشود و آهک اضافی از محیط حذف میشود.
هدف از اشباع اول
این مرحله چند هدف مهم را دنبال میکند:
- حذف آهک اضافی
- تشکیل رسوب کربنات کلسیم
- جذب مواد غیرقندی
- شفاف شدن شربت
- آمادهسازی برای فیلتراسیون
به همین دلیل اشباع اول یکی از مهمترین مراحل تصفیه محسوب میشود.
چرا از گاز دیاکسید کربن استفاده میشود؟
دیاکسید کربن در کارخانه قند معمولاً از کوره آهک تأمین میشود.
این گاز پس از تصفیه وارد اشباعکننده شده و با آهک واکنش میدهد.
استفاده از CO₂ چند مزیت دارد:
- مصرف کامل آهک اضافی
- تولید رسوب قابل فیلتراسیون
- کاهش هزینه تولید
- استفاده از گاز تولیدی کارخانه
این موضوع یکی از دلایل اقتصادی بودن روش آهک و کربناسیون است.
تشکیل گل کربنات کلسیم
پس از واکنش آهک و CO₂، ذرات بسیار ریز کربنات کلسیم تشکیل میشوند.
این ذرات بهتدریج رشد کرده و به صورت گل یا لجن کربنات کلسیم در میآیند.
همین گل، عامل اصلی حذف ناخالصیها از شربت است.
نقش گل کربنات کلسیم در تصفیه
گل کربنات کلسیم تنها یک رسوب ساده نیست.
سطح این ذرات دارای خاصیت جذب است و میتواند بسیاری از ترکیبات محلول را به خود متصل کند.
از جمله:
- پروتئینها
- پکتینها
- مواد رنگی
- مواد کلوئیدی
- نمکهای نامطلوب
به همین دلیل هرچه تشکیل این گل بهتر انجام شود، کیفیت تصفیه نیز افزایش خواهد یافت.
جذب سطحی ناخالصیها چگونه انجام میشود؟
سطح ذرات کربنات کلسیم دارای مساحت زیادی است.
مواد غیرقندی هنگام برخورد با این ذرات، روی سطح آنها جذب شده و همراه گل از شربت جدا میشوند.
به این پدیده جذب سطحی (Adsorption) گفته میشود.
این مکانیزم یکی از مهمترین دلایل موفقیت روش کربناسیون در صنعت قند است.
اهمیت اندازه ذرات کربنات کلسیم
اندازه ذرات تشکیلشده اهمیت زیادی دارد.
اگر ذرات:
بسیار ریز باشند
- فیلتراسیون دشوار میشود.
- زمان تهنشینی افزایش مییابد.
بسیار درشت باشند
- سطح جذب کاهش پیدا میکند.
- حذف ناخالصیها کمتر خواهد شد.
بنابراین تشکیل ذرات با اندازه مناسب یکی از مهمترین عوامل موفقیت اشباع اول است.
تهنشینی گل
پس از پایان اشباع اول، گل کربنات کلسیم وارد واحد تهنشینی میشود.
در این قسمت:
- ذرات سنگین در کف مخزن جمع میشوند.
- شربت زلال از قسمت بالایی خارج میشود.
- گل برای فیلتراسیون یا بازیافت هدایت میشود.
کیفیت تهنشینی تأثیر زیادی بر ظرفیت کارخانه دارد.
برگشت گل چیست؟
در برخی کارخانههای قند، بخشی از گل تولیدشده دوباره به مرحله پرشوالژ برگردانده میشود.
به این عملیات برگشت گل (Mud Recirculation) گفته میشود.
هدف از برگشت گل
برگشت گل چند مزیت مهم دارد:
- افزایش تعداد هستههای تشکیل رسوب
- بهبود انعقاد مواد کلوئیدی
- افزایش سرعت تهنشینی
- کاهش مصرف آهک
- بهبود راندمان تصفیه
به همین دلیل بسیاری از کارخانهها از این روش استفاده میکنند.
آیا برگشت گل همیشه مفید است؟
خیر.
اگر مقدار گل برگشتی بیش از حد باشد:
- ویسکوزیته شربت افزایش پیدا میکند.
- فیلتراسیون دشوار میشود.
- بخشی از ناخالصیها دوباره وارد سیستم خواهند شد.
بنابراین مقدار گل برگشتی باید بهدقت کنترل شود.
کنترل درصد وزنی گل
یکی از پارامترهای مهم بهرهبرداری، درصد مواد جامد موجود در گل است.
اگر گل بیش از حد رقیق باشد:
- ظرفیت تهنشینی کاهش مییابد.
اگر بیش از حد غلیظ باشد:
- پمپها تحت فشار قرار میگیرند.
- انتقال گل دشوار میشود.
به همین دلیل اپراتورها درصد وزنی گل را بهصورت مداوم کنترل میکنند.
کنترل pH در اشباع اول
در این مرحله، pH باید بهآرامی کاهش پیدا کند.
کاهش بیش از حد pH موجب:
- تجزیه ساکارز
- افزایش رنگ شربت
- افت کیفیت محصول
خواهد شد.
در مقابل، اگر pH به اندازه کافی کاهش نیابد، آهک اضافی در شربت باقی خواهد ماند.
اشباع دوم (Second Carbonation)
پس از جداسازی گل حاصل از اشباع اول، شربت وارد مرحله اشباع دوم میشود.
هدف اصلی این مرحله، حذف باقیمانده آهک محلول و تنظیم نهایی pH شربت است.
در اشباع دوم نیز مقدار کنترلشدهای از گاز دیاکسید کربن تزریق میشود تا واکنشهای باقیمانده کامل شوند.
اهداف اشباع دوم
اشباع دوم با اهداف زیر انجام میشود:
- حذف کامل آهک محلول
- تنظیم pH نهایی
- افزایش شفافیت شربت
- کاهش رسوبگذاری در اواپراتورها
- آمادهسازی شربت برای تغلیظ
اهمیت کنترل آمیدها
یکی از موضوعات مهم در این مرحله، کنترل آمیدهای باقیمانده است.
اگر این ترکیبات بهطور کامل حذف یا تجزیه نشوند، در مراحل بعدی تولید میتوانند باعث:
- تشکیل مواد رنگی
- کاهش کیفیت شکر
- افزایش رنگ ملاس
شوند.
ارتباط کیفیت تصفیه با واحد اواپراسیون
کیفیت شربت خروجی از اشباع دوم مستقیماً بر عملکرد اواپراتورها اثر میگذارد.
شربت تصفیهنشده باعث:
- تشکیل رسوب در لولههای اواپراتور
- کاهش انتقال حرارت
- افزایش مصرف بخار
- کاهش ظرفیت تولید
خواهد شد.
بنابراین تصفیه مناسب، هزینه بهرهبرداری کل کارخانه را نیز کاهش میدهد.
کنترل افت pH شربت غلیظ
پس از عبور شربت از اواپراتورها، معمولاً pH آن کاهش پیدا میکند.
اگر این کاهش بیش از حد باشد، احتمال:
- تجزیه ساکارز
- افزایش قندهای احیاکننده
- افزایش تشکیل رنگ
وجود خواهد داشت.
به همین دلیل کنترل pH در پایان فرآیند تصفیه اهمیت ویژهای دارد.
عیبیابی فرآیند اشباع
در صورت کاهش کیفیت تصفیه، معمولاً موارد زیر بررسی میشوند:
- کیفیت شیر آهک
- مقدار تزریق CO₂
- pH مراحل مختلف
- اندازه ذرات گل
- درصد گل برگشتی
- عملکرد تهنشینی
- راندمان فیلتراسیون
کنترل منظم این پارامترها از بروز بسیاری از مشکلات جلوگیری میکند.
جمعبندی
اشباع اول و دوم، مراحل پایانی و تعیینکننده در فرآیند تصفیه کلاسیک شربت خام هستند. در اشباع اول، آهک اضافی با گاز دیاکسید کربن واکنش داده و رسوب کربنات کلسیم تشکیل میشود. این رسوب با جذب سطحی مواد غیرقندی، نقش اصلی را در حذف ناخالصیها و شفافسازی شربت ایفا میکند. در ادامه، اشباع دوم با حذف باقیمانده آهک و تنظیم نهایی pH، شربت را برای ورود به واحد اواپراسیون آماده میسازد. کنترل دقیق مقدار CO₂، pH، کیفیت گل کربنات کلسیم و میزان گل برگشتی، نقش مهمی در افزایش راندمان تصفیه، کاهش مصرف انرژی و تولید شکر با کیفیت بالا دارد.
بدون دیدگاه