تکنولوژی قند | جلسه شانزدهم: کشش (Draft) در دیفوزیون چغندر قند چیست؟ بررسی کامل نقش درافت در راندمان استخراج شکر

مقدمه

در کارخانه‌های تولید قند از چغندر، فرآیند دیفوزیون قلب عملیات استخراج ساکارز به شمار می‌رود. موفقیت این مرحله تنها به کیفیت چغندر یا عملکرد دستگاه دیفوزیون وابسته نیست، بلکه کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی نیز نقش تعیین‌کننده‌ای در میزان شکر تولیدی دارد. یکی از مهم‌ترین این پارامترها، کشش (Draft یا Surrage) است.

کشش تعیین می‌کند چه مقدار آب وارد دیفوزیون شود، چه حجمی از شربت خام تولید گردد، غلظت شربت خروجی چقدر باشد و در نهایت چه میزان قند در تفاله باقی بماند. انتخاب کشش نامناسب می‌تواند باعث افزایش ضایعات قندی، کاهش راندمان استخراج، افزایش مصرف انرژی و افت کیفیت شربت خام شود.

در این مقاله مفهوم کشش، روش محاسبه آن، عوامل مؤثر بر آن و ارتباط این شاخص با کیفیت فرآیند دیفوزیون را به‌صورت کامل بررسی می‌کنیم.

کشش (Draft) چیست؟

کشش یا Draft یکی از مهم‌ترین شاخص‌های کنترل فرآیند دیفوزیون است و نشان می‌دهد چه مقدار شربت خام نسبت به مقدار خلال ورودی از دستگاه دیفوزیون خارج می‌شود.

به بیان ساده، کشش نسبت وزن شربت خام تولیدشده به وزن خلال چغندر ورودی است که معمولاً به‌صورت درصد بیان می‌شود.

این شاخص مشخص می‌کند چه میزان آب وارد فرآیند شده و در نهایت چه مقدار شربت برای ادامه مراحل تولید در اختیار کارخانه قرار می‌گیرد.

چرا کشش اهمیت دارد؟

کشش تنها یک عدد نیست، بلکه یکی از مهم‌ترین ابزارهای کنترل عملکرد کارخانه محسوب می‌شود.

این شاخص به اپراتورها کمک می‌کند تا:

• مقدار آب مصرفی را تنظیم کنند.
• حجم شربت خام خروجی را کنترل کنند.
• راندمان استخراج ساکارز را افزایش دهند.
• از افزایش ضایعات قندی جلوگیری کنند.
• مصرف انرژی در مراحل بعدی را مدیریت کنند.

به همین دلیل تقریباً در تمام کارخانه‌های قند، کشش به‌صورت مداوم اندازه‌گیری و اصلاح می‌شود.

مفهوم کشش با یک مثال ساده

فرض کنید ۱۰۰ تن خلال چغندر وارد دیفوزیون شود.

اگر کشش ۱۲۰ درصد باشد، یعنی:

از هر ۱۰۰ تن خلال، حدود ۱۲۰ تن شربت خام از دستگاه خارج خواهد شد.

در واقع ۲۰ درصد آب اضافی نسبت به وزن خلال وارد فرآیند شده است.

این مثال نشان می‌دهد که کشش مستقیماً با مقدار آب ورودی ارتباط دارد.

فرمول محاسبه کشش

در کارخانه‌های قند، کشش بر اساس نسبت بین قند خلال، قند شربت و قند باقی‌مانده در تفاله محاسبه می‌شود.

هدف از این محاسبه آن است که مشخص شود چه مقدار از ساکارز موجود در خلال وارد شربت شده و چه مقدار هنوز در تفاله باقی مانده است.

هرچه اختلاف میان قند خلال و قند تفاله بیشتر باشد، عملکرد دیفوزیون بهتر خواهد بود.

کشش چه اطلاعاتی در اختیار کارخانه قرار می‌دهد؟

بررسی مقدار کشش دو اطلاعات بسیار مهم را در اختیار مهندسان کارخانه قرار می‌دهد.

مقدار شربت خام تولیدی

پس از خروج از دیفوزیون، تقریباً تمام عملیات کارخانه روی شربت خام انجام می‌شود.

بنابراین اطلاع از حجم شربت خروجی برای طراحی مراحل بعدی مانند تصفیه، تبخیر و کریستالیزاسیون ضروری است.

مقدار آب مورد نیاز

کشش تعیین می‌کند چه مقدار آب باید وارد دیفوزیون شود.

اگر آب کمتر از مقدار لازم باشد، استخراج ناقص خواهد بود.

اگر آب بیش از اندازه وارد شود، مشکلات دیگری ایجاد خواهد شد که در ادامه بررسی می‌کنیم.

کشش استاندارد در کارخانه‌های قند

در اغلب کارخانه‌های تولید قند از چغندر، کشش معمولاً در محدوده ۱۱۵ تا ۱۲۵ درصد تنظیم می‌شود.

این محدوده به گونه‌ای انتخاب شده است که:

• استخراج ساکارز مطلوب باشد.
• غلظت شربت مناسب باقی بماند.
• مصرف انرژی افزایش پیدا نکند.
• کیفیت فرآیند حفظ شود.

البته مقدار دقیق کشش به کیفیت چغندر، شرایط کارخانه و نوع تجهیزات نیز بستگی دارد.

اگر کشش کم باشد چه اتفاقی می‌افتد؟

یکی از خطاهای رایج در بهره‌برداری، کاهش بیش از حد کشش است.

در این شرایط:

• آب کمتری وارد دیفوزیون می‌شود.
• حجم شربت خام کاهش پیدا می‌کند.
• اختلاف غلظت سریع‌تر از بین می‌رود.
• استخراج ساکارز ناقص می‌شود.
• مقدار بیشتری قند در تفاله باقی می‌ماند.

در نتیجه راندمان کارخانه کاهش پیدا می‌کند.

رابطه کشش و ضایعات قندی تفاله

بین کشش و قند باقی‌مانده در تفاله، رابطه‌ای معکوس وجود دارد.

هرچه کشش بیشتر شود:

• انتقال ساکارز بهتر انجام می‌شود.
• قند باقی‌مانده در تفاله کمتر خواهد بود.
• ضایعات قندی کاهش پیدا می‌کند.

به همین دلیل افزایش منطقی کشش می‌تواند راندمان استخراج را بهبود دهد.

آیا افزایش کشش همیشه مفید است؟

پاسخ منفی است.

اگرچه افزایش کشش باعث کاهش قند تفاله می‌شود، اما از طرف دیگر مشکلات جدیدی ایجاد می‌کند.

به همین دلیل کشش باید در محدوده بهینه تنظیم شود و افزایش بی‌رویه آن توصیه نمی‌شود.

رابطه کشش و بریکس شربت

بریکس نشان‌دهنده مقدار مواد محلول موجود در شربت است.

وقتی کشش افزایش پیدا می‌کند:

• آب بیشتری وارد دیفوزیون می‌شود.
• شربت رقیق‌تر می‌شود.
• مقدار بریکس کاهش پیدا می‌کند.

بنابراین بین کشش و بریکس نیز رابطه معکوس وجود دارد.

چرا کاهش بریکس مشکل ایجاد می‌کند؟

شربت رقیق باید در مرحله تبخیر، آب بیشتری از دست بدهد.

این موضوع پیامدهای مختلفی دارد:

• مصرف بخار افزایش می‌یابد.
• مصرف سوخت بیشتر می‌شود.
• هزینه تولید بالا می‌رود.
• ظرفیت تبخیر کاهش پیدا می‌کند.

در نتیجه افزایش بیش از حد کشش اگرچه قند تفاله را کاهش می‌دهد، اما هزینه انرژی کارخانه را افزایش خواهد داد.

چه عواملی بر کشش اثر می‌گذارند؟

برخی عوامل در اختیار اپراتور هستند و برخی دیگر خارج از کنترل مستقیم کارخانه‌اند.

از جمله عوامل مؤثر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کیفیت چغندر
• درصد قند خلال
• کیفیت خلال
• دمای دیفوزیون
• زمان ماند
• مقدار آب ورودی
• کیفیت تجهیزات

کنترل صحیح این عوامل باعث می‌شود کشش در محدوده مطلوب باقی بماند.

آیا مقدار قند خلال قابل کنترل است؟

خیر.

درصد قند چغندر به شرایط مزرعه، رقم گیاه، زمان برداشت و شرایط اقلیمی بستگی دارد و کارخانه نمی‌تواند آن را تغییر دهد.

بنابراین مدیران کارخانه بیشتر بر عواملی تمرکز می‌کنند که امکان کنترل آن‌ها وجود دارد.

مهم‌ترین عامل قابل کنترل چیست؟

یکی از مهم‌ترین پارامترهایی که اپراتور می‌تواند مدیریت کند، مقدار قند باقی‌مانده در تفاله است.

هرچه استخراج بهتر انجام شود:

• قند تفاله کاهش می‌یابد.
• راندمان افزایش پیدا می‌کند.
• بهره‌وری کارخانه بیشتر خواهد شد.

ارتباط کشش با مصرف آب

کشش در عمل تعیین‌کننده میزان آب مصرفی کارخانه است.

هرچه کشش بیشتر باشد:

• آب بیشتری وارد دیفوزیون می‌شود.
• حجم شربت افزایش پیدا می‌کند.
• بریکس کاهش می‌یابد.

هرچه کشش کمتر باشد:

• مصرف آب کاهش پیدا می‌کند.
• شربت غلیظ‌تر می‌شود.
• استخراج کامل انجام نخواهد شد.

بنابراین مدیریت مصرف آب یکی از مهم‌ترین اهداف تنظیم کشش است.

چرا تغییرات کوتاه‌مدت کشش ملاک تصمیم‌گیری نیست؟

در کارخانه‌های قند، مقدار قند چغندر دائماً تغییر می‌کند.

به همین دلیل تغییرات کوتاه‌مدت معمولاً ناشی از نوسانات طبیعی ماده اولیه هستند و نباید بر اساس آن‌ها تنظیمات اصلی دیفوزیون تغییر کند.

تصمیم‌گیری زمانی انجام می‌شود که تغییرات برای مدت طولانی ادامه داشته باشند.

چگونه کشش بهینه انتخاب می‌شود؟

انتخاب کشش مناسب همیشه یک نوع ایجاد تعادل میان چند هدف است.

اپراتور باید شرایطی ایجاد کند که:

• قند تفاله حداقل باشد.
• بریکس بیش از حد کاهش پیدا نکند.
• مصرف انرژی افزایش نیابد.
• کیفیت شربت حفظ شود.
• ظرفیت تجهیزات محدود نشود.

به همین دلیل مقدار کشش همواره با سایر پارامترهای دیفوزیون تنظیم می‌شود.

اهمیت کشش در کارخانه‌های مدرن

امروزه کنترل کشش به‌صورت دستی انجام نمی‌شود.

سامانه‌های کنترل هوشمند به‌طور مداوم:

• دبی آب
• مقدار شربت
• بریکس
• دمای دیفوزیون
• کیفیت شربت

را اندازه‌گیری کرده و در صورت نیاز مقدار آب ورودی را اصلاح می‌کنند.

این فناوری باعث افزایش راندمان و کاهش مصرف انرژی شده است.

جمع‌بندی

کشش یا Draft یکی از مهم‌ترین پارامترهای کنترل فرآیند دیفوزیون در کارخانه‌های قند است. این شاخص تعیین می‌کند چه مقدار شربت خام تولید شود، چه میزان آب وارد فرآیند گردد و چه مقدار قند در تفاله باقی بماند. افزایش منطقی کشش می‌تواند ضایعات قندی را کاهش دهد، اما افزایش بیش از حد آن موجب افت بریکس، افزایش مصرف انرژی و بالا رفتن هزینه‌های تولید خواهد شد.

به همین دلیل انتخاب کشش بهینه، یکی از مهم‌ترین وظایف مهندسان بهره‌برداری در کارخانه‌های قند است و نقش مستقیمی در افزایش راندمان استخراج شکر و کاهش هزینه‌های تولید دارد.