تکنولوژی قند | جلسه بیست و یکم: تصفیه شربت در کارخانه قند چیست؟ اهداف، انواع شربت و روش تصفیه با آهک و گاز دیاکسید کربن
مقدمه
تولید شکر سفید با کیفیت بالا تنها به استخراج ساکارز از چغندر قند محدود نمیشود. شربتی که از واحد دیفوزیون خارج میشود، علاوه بر ساکارز، حاوی مقادیر زیادی مواد غیرقندی، ترکیبات رنگی، پروتئینها، پکتینها، اسیدهای آلی، آمیدها و قندهای احیاکننده است. اگر این ترکیبات از شربت حذف نشوند، نهتنها کیفیت شکر نهایی کاهش مییابد، بلکه راندمان مراحل تبخیر، کریستالیزاسیون و سانتریفیوژ نیز به شدت افت خواهد کرد.
به همین دلیل، تصفیه شربت (Juice Purification) یکی از حیاتیترین مراحل در کارخانههای تولید قند به شمار میرود. هدف از این فرآیند، حذف بیشترین مقدار ممکن از ناخالصیها، افزایش درجه خلوص شربت و آمادهسازی آن برای مراحل بعدی تولید است.
در صنعت قند، روش تصفیه با آهک و گاز دیاکسید کربن (Lime–Carbonation Process) بهعنوان رایجترین و اقتصادیترین روش شناخته میشود و تقریباً در تمام کارخانههای قند جهان مورد استفاده قرار میگیرد.
در این مقاله، انواع شربت، اهداف تصفیه، مزایای روش آهک و CO₂، مفهوم ضریب تصفیه و کاربردهای گل کربنات کلسیم را بهصورت جامع بررسی میکنیم.
تصفیه شربت چیست؟
تصفیه شربت مجموعهای از عملیات فیزیکی و شیمیایی است که پس از استخراج شربت خام از دیفوزیون انجام میشود.
در این مرحله، مواد غیرقندی موجود در شربت تا حد امکان حذف یا تجزیه میشوند تا شربتی با خلوص بالاتر برای ورود به اواپراتورها و مراحل بعدی تولید آماده شود.
در حقیقت، کیفیت تمام مراحل بعدی کارخانه تا حد زیادی به عملکرد صحیح واحد تصفیه وابسته است.
چرا تصفیه شربت اهمیت دارد؟
اگر شربت خام مستقیماً وارد مراحل تغلیظ و کریستالیزاسیون شود، مشکلات متعددی ایجاد خواهد شد، از جمله:
- کاهش کیفیت شکر تولیدی
- افزایش رنگ محصول
- کاهش راندمان کریستالیزاسیون
- افزایش مصرف انرژی
- افزایش ضایعات ساکارز
- دشوار شدن فرآیند تصفیه نهایی
بنابراین هرچه تصفیه بهتر انجام شود، کیفیت شکر نهایی نیز افزایش خواهد یافت.
انواع شربت در کارخانه قند
در کارخانه تولید قند، شربت در سه مرحله اصلی وجود دارد که هر کدام ویژگیهای متفاوتی دارند.
۱. شربت خام (Raw Juice)
شربت خام مستقیماً از واحد دیفوزیون خارج میشود.
ویژگیهای اصلی آن عبارتاند از:
- بریکس حدود ۱۶ تا ۱۷
- پل حدود ۱۴ تا ۱۴٫۵
- درجه خلوص حدود ۸۵ تا ۸۷
- pH حدود ۸٫۵ تا ۹
- رنگ سبز تیره و کفآلود
این شربت بیشترین مقدار ناخالصی را دارد و باید وارد واحد تصفیه شود.
۲. شربت رقیق (Thin Juice)
پس از پایان عملیات تصفیه، شربت رقیق تولید میشود.
مشخصات آن عبارتاند از:
- بریکس حدود ۱۶ تا ۱۷
- پل حدود ۱۴٫۵ تا ۱۵
- درجه خلوص حدود ۹۰ تا ۹۱
- pH حدود ۹ تا ۹٫۵
- رنگ طلایی روشن و شفاف
این شربت آماده ورود به واحد تبخیر است.
۳. شربت غلیظ (Thick Juice)
پس از عبور شربت رقیق از اواپراتورها، بخش عمده آب آن تبخیر شده و شربت غلیظ تولید میشود.
ویژگیهای این شربت شامل:
- بریکس حدود ۶۵ تا ۷۰
- پل حدود ۶۰ تا ۶۲
- درجه خلوص حدود ۹۰ تا ۹۱
- pH حدود ۶ تا ۶٫۵
- رنگ قهوهای روشن و نسبتاً زلال
تفاوت بریکس، پل و درجه خلوص
برای ارزیابی کیفیت شربت، سه شاخص اصلی اندازهگیری میشوند.
بریکس (Brix)
بریکس نشاندهنده درصد کل مواد جامد محلول در شربت است.
این شاخص علاوه بر ساکارز، سایر مواد محلول را نیز شامل میشود.
پل (Pol)
پل درصد واقعی ساکارز موجود در شربت را نشان میدهد.
این مقدار معمولاً با دستگاه پلاریمتر اندازهگیری میشود.
درجه خلوص (Purity)
درجه خلوص نسبت مقدار ساکارز به کل مواد جامد محلول است.
هرچه این عدد بیشتر باشد، کیفیت شربت بهتر خواهد بود.
اهمیت pH در شربت
یکی از مهمترین پارامترهای کنترل فرآیند، pH است.
کنترل صحیح pH باعث میشود:
- ساکارز کمتر تجزیه شود.
- مواد غیرقندی بهتر حذف شوند.
- عملکرد آهک بهبود یابد.
- رنگ شربت کاهش پیدا کند.
به همین دلیل در تمام مراحل تصفیه، pH بهصورت مداوم کنترل میشود.
اهداف اصلی تصفیه شربت
فرآیند تصفیه تنها برای شفاف شدن شربت انجام نمیشود، بلکه چندین هدف مهم را دنبال میکند.
۱. حذف مواد غیرقندی
اولین هدف، حذف ترکیباتی است که باعث کاهش خلوص شربت میشوند.
از جمله:
- پروتئینها
- پکتین
- مواد کلوئیدی
- نمکهای معدنی
- رنگدانهها
هرچه مقدار بیشتری از این ترکیبات حذف شود، کیفیت شربت افزایش مییابد.
۲. تجزیه اینورت و آمیدها
وجود اینورت و آمیدها در شربت مشکلات متعددی ایجاد میکند.
این ترکیبات هنگام حرارت دیدن:
- تجزیه میشوند.
- مواد رنگی تولید میکنند.
- کیفیت شربت را کاهش میدهند.
به همین دلیل در فرآیند تصفیه، این ترکیبات تا حد امکان تجزیه میشوند.
۳. جلوگیری از تجزیه ساکارز
یکی از اهداف مهم تصفیه، کاهش ضایعات ناشی از تجزیه ساکارز است.
کنترل مناسب pH و شرایط عملیاتی باعث میشود قند کمتری از بین برود.
۴. جلوگیری از تشکیل مواد رنگی
اگر شرایط تصفیه مناسب نباشد، پیشسازهای مواد رنگی تشکیل میشوند.
این مواد باعث:
- تیره شدن شربت
- کاهش کیفیت شکر
- افزایش هزینه سفیدسازی
خواهند شد.
۵. افزایش درجه خلوص شربت
هدف نهایی تصفیه، افزایش Purity است.
هرچه مواد غیرقندی بیشتری حذف شوند، درجه خلوص شربت نیز افزایش پیدا میکند.
۶. اقتصادی بودن فرآیند
علاوه بر کیفیت، روش تصفیه باید از نظر اقتصادی نیز مقرونبهصرفه باشد.
مصرف پایین مواد شیمیایی، انرژی و هزینه نگهداری از مهمترین معیارهای انتخاب روش تصفیه هستند.
چرا روش آهک و CO₂ انتخاب شده است؟
در طول تاریخ صنعت قند، صدها روش مختلف برای تصفیه شربت پیشنهاد شده است.
طبق بررسیهای انجامشده، از میان حدود ۷۰۰ روش شناختهشده، روش استفاده از آهک و گاز دیاکسید کربن بهترین عملکرد را داشته و امروزه در تقریباً تمام کارخانههای قند جهان استفاده میشود.
مزایای تصفیه با آهک و دیاکسید کربن
مهمترین مزایای این روش عبارتاند از:
تأمین آسان آهک
آهک مادهای ارزان و در دسترس است و کارخانهها معمولاً آن را در محل تولید میکنند.
تولید همزمان CO₂
در هنگام تولید آهک، گاز دیاکسید کربن نیز تولید میشود و برای تصفیه مورد استفاده قرار میگیرد.
ایمنی و سلامت
استفاده از آهک و CO₂ از نظر بهداشتی مجاز است و مشکلی برای مصرفکننده ایجاد نمیکند.
کیفیت مناسب محصول
این روش موجب تولید شکر با کیفیت بالا و قابلیت نگهداری مناسب میشود.
سازگاری با محیط زیست
گل کربنات کلسیم تولیدشده، برخلاف بسیاری از پسماندهای صنعتی، خطر زیستمحیطی قابل توجهی ندارد.
محدودیت روش آهک و CO₂
با وجود مزایای فراوان، این روش یک محدودیت مهم دارد.
حداکثر توان حذف مواد غیرقندی در این فرآیند حدود ۳۰ تا ۳۵ درصد است.
به عبارت دیگر، حتی در بهترین شرایط نیز نمیتوان تمام ناخالصیهای شربت را حذف کرد.
ضریب تصفیه چیست؟
برای ارزیابی عملکرد واحد تصفیه، از شاخصی به نام ضریب تصفیه (Purification Coefficient) استفاده میشود.
این ضریب نشان میدهد چه مقدار از مواد غیرقندی موجود در شربت حذف شدهاند.
هرچه ضریب تصفیه به مقدار بهینه نزدیکتر باشد، عملکرد واحد تصفیه مطلوبتر خواهد بود.
اگر ضریب تصفیه بیش از ۳۵ درصد باشد چه معنایی دارد؟
بر اساس اصول بهرهبرداری کارخانههای قند، اگر ضریب تصفیه بیش از ۳۵ درصد محاسبه شود، معمولاً یکی از موارد زیر رخ داده است:
- خطا در اندازهگیری درجه خلوص
- اشتباه در محاسبات
- ورود دادههای نادرست
زیرا از نظر فنی، دستیابی به ضریب بسیار بالاتر با این روش امکانپذیر نیست.
اگر ضریب تصفیه کمتر از مقدار استاندارد باشد چه میشود؟
کاهش ضریب تصفیه میتواند نشاندهنده مشکلاتی مانند:
- کیفیت پایین چغندر
- عملکرد نامناسب واحد تصفیه
- تنظیم نبودن pH
- کمبود آهک
- اختلال در تزریق CO₂
باشد و نیاز به بررسی فرآیند دارد.
گل کربنات کلسیم چیست؟
در طی فرآیند تصفیه، آهک با گاز دیاکسید کربن واکنش داده و رسوب کربنات کلسیم تولید میکند.
این رسوب همراه خود مقدار زیادی از ناخالصیهای شربت را جذب کرده و از سیستم خارج میشود.
به همین دلیل گل کربنات کلسیم نقش مهمی در تصفیه شربت دارد.
کاربردهای گل کربنات کلسیم
در بسیاری از کشورها، گل کربنات کلسیم بهعنوان یک محصول جانبی ارزشمند مورد استفاده قرار میگیرد.
از مهمترین کاربردهای آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تولید ظروف ملامین
- تولید خمیر دندان
- صنعت رنگ
- پرکننده لولههای PVC
- جیره غذایی مرغهای تخمگذار
- اصلاح خاکهای اسیدی
- تأمین کلسیم موردنیاز زمینهای کشاورزی
جمعبندی
تصفیه شربت یکی از مهمترین مراحل تولید شکر در کارخانههای قند است که با هدف حذف مواد غیرقندی، افزایش درجه خلوص، جلوگیری از تشکیل ترکیبات رنگی و آمادهسازی شربت برای مراحل بعدی انجام میشود. در میان روشهای مختلف، تصفیه با آهک و گاز دیاکسید کربن به دلیل هزینه مناسب، دسترسی آسان به مواد اولیه و عملکرد مطلوب، بهعنوان رایجترین روش در صنعت قند شناخته میشود. کنترل شاخصهایی مانند بریکس، پل، pH، درجه خلوص و ضریب تصفیه نیز نقش کلیدی در ارزیابی کیفیت این فرآیند و افزایش راندمان تولید شکر دارد.
بدون دیدگاه