Захарта е една от най-широко консумираните храни в света, добивана главно от захарна тръстика и захарно цвекло. Производството на висококачествена захар е сложен процес, включващ множество етапи: екстракция, избистряне, изпаряване, кристализация и рафиниране. На всеки етап от преработката на захарта качеството и чистотата на захарния сок трябва да бъдат прецизно контролирани. Естествените примеси, като колоидни частици, протеини, пигменти и микроорганизми, могат сериозно да повлияят на ефективността на избистрянето, филтрирането и кристализацията.
Химикалите играят ключова роля в съвременните процеси за производство на захар. Без подходящ химичен контрол, тези примеси могат да причинят котлен камък, проблеми с цвета и загуба на продукция. Химикалите за производство на захар не само повишават ефективността и производителността, но и подобряват качеството на продукта, намаляват потреблението на енергия и помагат на фабриките да отговарят на стандартите за опазване на околната среда. Тези химикали могат:
- Подобряване на ефективността на избистряне и ефекта на разделяне на твърдо вещество от течност.
- Предотвратява растежа на микроорганизми в плодовия сок и сироп.
- Засилете ефекта на обезцветяване на високочистата бяла кристална захар.
- Контролирайте образуването на пяна и котлен камък в изпарителя и вакуумния изпарител.
Тази статия взема захарната тръстика като пример, за да обобщи подробно процеса на производство на захар. В нея е обяснено и как различни химикали - флокуланти, дезинфектанти, обезцветители и пеногасители - са били прилагани на всеки етап, за да се осигури безпроблемна работа и висококачествено производство на захар.
Процес на производство на захар и приложение на химикали
Подготовка на суровините
Производството на захар започва със събирането на реколтата и подготовката на суровините. Захарната тръстика се измива и нарязва, за да се отстранят почвата, камъните и листата. На този етап, ако сокът престои дълго време, той ще започне да размножава микроорганизми. За да се намали микробното натоварване върху повърхността на суровините, да се предотврати замърсяване или разваляне на захарния сок по време на процеса на захарификация, понякога се прилагат дезинфектанти върху повърхността на захарната тръстика, водата за съхранение или почистващото оборудване.
| Тип дезинфектант | Препоръчителна концентрация | Метод на приложение | Основни функции | Предпазни мерки | Предимства |
| Натриев хипохлорит (NaClO) | 50–200 ppm свободен хлор | Пръскане или накисване на повърхността на захарната тръстика за 5–10 минути | Широкоспектърна стерилизация, намалява микробното натоварване | Контролна концентрация (обикновено 50–200 ppm свободен хлор). Избягвайте прекомерно количество остатъчен хлор в сока, за да предотвратите проблеми с цвета или кристализацията. Изплакнете или отцедете след употреба, ако е необходимо. | Широкоспектърна стерилизация; ниска цена. |
| Натриев дихлороизоцианурат (SDIC) | 50–150 ppm свободен хлор | Пръскане или накисване на повърхността на захарната тръстика за 5–10 минути | Висока стабилност, висока ефективност на стерилизация | Контролирайте свободния хлор, за да избегнете повлияване на кристализацията и цвета на сока. | По-стабилен от натриевия хипохлорит; висока ефективност; контролиран остатъчен хлор; широко използван в хранително-вкусовата промишленост. |
| Водороден пероксид (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Добавя се към водата за почистване или към повърхностно пръскане | Стерилизация, без остатъци, екологично чиста | Контролна концентрация; обикновено 0,1–0,5% за повърхностна обработка. Работете внимателно по време на работа. | Разлага се без остатъци; безопасен и екологичен. |
| Топла вода / Пара | Гореща вода при 80–90°C или пара при 100°C | Изплакване с гореща вода или обработка с пара в продължение на 2–5 минути | Стерилизация без добавяне на химикали | Висока консумация на енергия; изисква подходящо оборудване; спазвайте предпазните мерки. | Без химически добавки; намалява химическите остатъци. |
| Дезинфекция на вода за почистване на инсталации/съоръжения | SDIC, 50–100 ppm | Почистване на оборудване, транспортни средства | Предотвратява вторично замърсяване | Редовно сменяйте и следете концентрацията на свободен хлор. | — |
Препоръчителна практика
Когато захарната тръстика влезе във фабриката, тя преминава през първоначално измиване с чиста вода, за да се отстранят замърсяванията и примесите.
След това се извършва повърхностна дезинфекция чрез пръскане с нискоконцентриран SDIC или натриев хипохлорит, в зависимост от условията.
Водните източници и почистващото оборудване на захарната фабрика също трябва да се дезинфекцират редовно, за да се осигури цялостна хигиенна среда.
Извличане на сок
След първата стъпка на почистване и дезинфекция, следващата стъпка е извличане на сок от захарна тръстика. Сокът обикновено се извлича чрез механично пресоване или дифузионни системи. Тази стъпка включва разчупване на твърдата структура на захарната тръстика и извличане на сока от нея.
В повечето случаи сокоизстисквачката за захарна тръстика се състои от три валцови мелници в комбинация с резачка или въртящи се остриета. След като захарната тръстика се обработи на една конвейерна лента, тя се транспортира до друга конвейерна лента, за да се извлече още сок. Преди транспортиране обаче, първо се поръсва с вода, за да се извлече допълнително сокът. Остатъкът след изцеждането се нарича багас.
Сокът съдържа разтворими и суспендирани примеси, включително растителни влакна, протеини и дори почвени частици, които са били напълно отмити. Тези примеси трябва да бъдат третирани, за да се подобри ефективността на последващото избистряне и кристализация.
Избистряне на сок от захарна тръстика
Избистрянето на сока е най-важната стъпка в ранния етап от процеса на производство на захар. Целта е да се отстранят примесите (като почва, протеини, колоид, органични киселини и др.) от сока от захарна тръстика и да се подобри неговата чистота. Обикновено се използва варов процес, комбиниран с метода на флотация с фосфор или метода на карбонизация.
Употреба на химикали
Вар (CaO)/варово мляко (Ca(OH)2): Неутрализира киселинните вещества и утаява примесите.
Въглероден диоксид (CO2) (използва се в метода на карбонизация): Реагира с вар, за да образува утайка от калциев карбонат, която адсорбира примеси.
Флокулант/коагулант: Спомага за бързото утаяване на суспендираните твърди вещества.
Често използвани: полиалуминиев хлорид (PAC), полиакриламид (PAM) и др.
Сяра (SO2) или натриев сулфит: Той играе роля в избелването, обезцветяването и стерилизацията при флотация на фосфор.
Филтрация и предварително загряване
След избистряне, сокът трябва да се филтрира, за да се отстрани утайката. Предварителното загряване на сока преди изпаряване е от решаващо значение, тъй като помага за намаляване на вискозитета му и предотвратява развитието на микроби.
Изпаряване и концентрация
След това плодовият сок се концентрира в сироп с помощта на многоефективен изпарител, като по този начин се намалява съдържанието на влага от приблизително 85% до 30-40%. Вакуумното изпаряване спомага за поддържане на качеството на захарта, но също така представлява някои оперативни предизвикателства:
- Разтворените протеини и повърхностноактивни вещества причиняват образуване на пяна.
- Натрупване на котлен камък по повърхността на изпарителя.
Химически приложения:
Пеногасители: Пеногасители на силиконова основа за потискане на пяната при висока температура. Пеногасители на основата на полиетер и мастни алкохоли, подходящи за системи за плодови сокове със средно количество пяна.
Инхибитори/дисперсанти за образуване на котлен камък: Предотвратяват образуването на калциев карбонат или сулфат в изпарителя.
Въздействие: Ефективният контрол на пяната и предотвратяването на котлен камък осигуряват плавно изпарение, по-висока ефективност на топлопреминаване и по-малко време на престой.
Кристализация
Процесът на кристализация в производството на захар (често наричан в индустрията варене) е ключова стъпка в превръщането на концентрирания захарен сироп в твърди кристали захароза. Концентрираният сироп се вари във вакуумен съд, за да се започне кристализацията на захарта. Правилната кристализация е от съществено значение за добива на захар, размера на кристалите и цвета им. Това е сложен физикохимичен процес, предназначен да контролира размера и еднородността на утаените кристали захароза.
В този процес често се използват пеногасители. Те контролират образуването на пяна по време на варене, предотвратявайки преливането на сиропа.
Стабилната кристализация увеличава добива на захар и намалява загубите по време на центрофугиране.
Центрофугиране и разделяне
След образуването на кристали, те се отделят от меласата с помощта на центрофуга и след това се сушат през горещи тръби. Меласата може да бъде допълнително преработена за производството на етанол, храна за животни или за други цели.
Обезцветяване и рафиниране
Обезцветяването и рафинирането са последният етап от процеса на производство на захар, използван предимно при производството на бяла рафинирана захар с висока чистота (като кристална захар или каменна захар). Този етап изисква използването на големи количества химикали и адсорбенти.
Често използваните химикали включват:
Активен въглен (прах или гранули): Адсорбира полифеноли, карамел и други пигменти.
Обезцветяващи смоли/йонообменни смоли: Отстранете йонните и нейонните цветни съединения.
Водороден пероксид (H₂O₂): Окислява останалите пигменти, като допълнително изсветлява цвета на сиропа.
Обезцветяващи агенти: Осигуряват ниски стойности на ICUMSA и високо визуално качество.
Горното очертава основните процеси и химически приложения в захарната промишленост.
Свързани химикали
Как се пречистват отпадъчните води от захарната промишленост?
Захарните фабрики генерират отпадъчни води по време на производствения процес на захар. Тези отпадъчни води са със сложно качество и високо замърсяване, което изисква систематично пречистване на водата преди заустване.
Отпадъчните води идват главно от измиване на суровини, почистване на оборудване, отпадъчни води от процеса на производство на захар, охлаждаща вода/кондензат и продухване на котли. Тези отпадъчни води се характеризират с много висок ХПК и БПК (поради съдържанието на захар), високо съдържание на суспендирани твърди вещества, силна биоразградимост и понякога съдържат масло и тиня. Поради това, за третирането на тези отпадъчни води обикновено се използва комбинация от процеси - предварително третиране + коагулация и утаяване + биологично третиране + усъвършенствано третиране. Обичайните методи за третиране включват физическо третиране (като утаяване и филтрация), химическо третиране (като коагулация и неутрализация) и биологично третиране (като процеси с активна утайка и изкуствени влажни зони).
Какви химикали са необходими за пречистване на отпадъчни води от захарната промишленост?
Конкретните стъпки и химически приложения са следните:
| Етап на лечение | Цел | Препоръчителни химикали | Основни функции |
| 1. Измиване и първична предварителна обработка на суровините | Отстранете пясък, кал, влакна, суспендирани твърди частици | PAC (Полиалуминиев хлорид) | Бърза коагулация, отстраняване на неръждаеми частици и мътност |
| PAM (Полиакриламид) – Анионни/Нейонни | Образуване на флокули, подобрява утаяването | ||
| Пеногасител | Контролира пяната, образувана по време на измиване на тръстика и извличане на сок | ||
| 2. Изравняване и регулиране на pH | Стабилизиране на качеството на входящия поток, регулиране на pH за последващите процеси | Вар (CaO / Ca(OH)₂) | Повишава pH, частично премахва твърдостта |
| Натриев хидроксид (NaOH) | Прецизно регулиране на pH | ||
| Сярна киселина / Солна киселина | Понижава pH | ||
| Пеногасител | Намалява пяната в изравнителния басейн | ||
| 3. Коагулация и флокулация (първична седиментация) | Премахване на суспендирани твърди вещества, колоиди, оцветители; намаляване на ХПК | PAC / PolyDADMAC / Полиамин | Първични коагуланти за отстраняване на мътност и цвят |
| PAM (анионни) | Подобрява здравината на флокулите и скоростта на утаяване | ||
| Коагуланти (напр. магнезиев силикат) | Подобрява яснотата и утаяването на звука | ||
| 4. Анаеробно биологично третиране (UASB, EGSB) | Намаляване на високото органично натоварване (ХПК, БПК) | Хранителни добавки (източници на азот и фосфор) | Поддържане на микробната активност и здравословната биомаса |
| Регулатори на pH | Поддържайте оптимално pH (6,8–7,2) за анаеробни бактерии | ||
| Пеногасител | Потиска образуването на пяна, свързана с биогаза | ||
| 5. Аеробно третиране (активирана утайка, SBR) | Допълнително намаляване на ХПК, БПК и амоняка | Хранителни добавки (N и P) | Осигуряване на балансирани хранителни вещества за микроорганизмите |
| Пеногасител | Контролира пяната по време на аериране | ||
| Биоензими / Микробни култури | Повишава ефективността на биологичното разграждане | ||
| 6. Разширено лечение (ако се прилагат строги стандарти за изписване) | Подобрете яснотата, премахнете остатъчните COD, SS, цвят | Полиамин / ПолиДАДМАК | Силно обезцветяване и премахване на мътност |
| ПАК | Допълнително отстраняване на неръждаеми материали и колоиди | ||
| PAM (високомолекулно тегло) | Финална флокулация и полиране | ||
| Активен въглен | Премахва цвят, мирис и органични остатъци | ||
| 7. Дезинфекция и повторна употреба на вода | Осигуряване на микробна безопасност при изхвърляне или повторна употреба | Калциев хипохлорит | Мощна дезинфекция |
| Натриев хипохлорит | Често срещан онлайн дезинфектант за дозиране | ||
| SDIC (Натриев дихлороизоцианурат) | Стабилно, дълготрайно освобождаване на хлор | ||
| TCCA (Тихлороизоцианурова киселина) | Високо съдържание на хлор, хлориране с бавно освобождаване |
Производството на захар е сложен индустриален процес, изискващ прецизен контрол на всеки етап - от подготовката на суровините и изцеждането им до избистрянето, изпаряването, кристализацията, рафинирането и пречистването на отпадъчните води. Всеки етап представлява свои собствени предизвикателства, включително суспендирани твърди вещества, цвят, микробна активност, образуване на пяна и натрупване на котлен камък. Чрез интегриране на подходящи химикали във всеки етап от производствения процес на захар, захарните заводи могат да увеличат производството, да подобрят качеството на кристалите, да подобрят цвета, да намалят загубите и да сведат до минимум времето на престой. Едновременно с това, оптимизираните химични решения допринасят за опазването на околната среда чрез по-ефективно пречистване на отпадъчните води и намаляване на химическите отпадъци.
Изборът на правилния химически партньор позволява на захарните заводи да подобрят производствената ефективност, да осигурят постоянно качество на продукта, да удължат живота на оборудването и да постигнат дългосрочно оперативно съвършенство.