تاثیر ذرات باگاسیلو و پیت در فرآیند تولید شکر از نیشکر

تاثیر ذرات باگاسیلو و پیت

در فرآیند تولید شکر از نیشکر

مهندس سعید عرشیان

مقدمه

امروزه عمده شکر تولیدی در جهان از گیاه نیشکر تولید می گردد. فرآیندهایی که جهت تولید شکر از این گیاه انجام می پذیرد شامل آماده سازی و استخراج شربت در واحد آسیاب و سپس ارسال شربت استخراج شده که شربت مخلوط خوانده می شود به سالن تولید شکر که شامل مراحل پالایش و خالص سازی و سپس طبخ تبلور و در نهایت تولید کریستالهای شکر می باشد. شربت استخراج شده محتوی مقدار فراوانی آب، مواد قندی، مواد آلی و معدنی، مواد رنگی و مواد ناخالص مختلف بصورت محلول و نامحلول می باشد که در مراحل مختلف فرآیند با استفاده از روشهای شیمیایی و فیزیکی مختلف جداسازی می گردند. از عمده ترین ذرات نامحلول در شربت ذرات پیت و باگاسیلو می باشند که بر مراحل مختلف فرآیند تاثیر می گذارند و لازم است که تا حد ممکن از حضور آنها در فرآیند جلوگیری شود.

باگاسیلو و پیت

تفاله باقیمانده از عملیات استخراج شربت از نیشکر باگاس نامیده می شود و به ذرات ریز جدا شده از باگاس باگاسیلو اطلاق می گردد. این ذرات در طول فرآیند آسیاب به درون شربت استخراج شده نفوذ می نمایند و یا بوسیله تجهیزات جداسازی از باگاس جدا شده و جهت استفاده در بخشی از فرآیند پالایش بعنوان ماده کمکی جهت استخراج شربت از گل و لای حاصل از بخش زلال سازی مورد استفاده قرار می گیرند. این ذرات در حدود 15 تا 150 درصد از ترکیب شربت نیشکر را تشکیل می دهند.

پیت یا مغزه در حدود 30% از وزن باگاس را تشکیل می دهد و در واقع بخشی از باگاس بوده که شامل سلول های پرانشیمی غیر سلولزی مرکب از همی سلولز می باشد. معمولا ترکیبات رنگی و مواد غیر قندی موجود در پیت از مقدار درصد این مواد در فیبر بیشتر می باشد و بدین سبب در قسمت های مختلف فرآیند بر روی کیفیت محصول اثر می گذارند. این ذرات از راههای مختلف به درون شربت نیشکر نفوذ می کنند و در طول فرآیند تولید شکر حضور می یابند.

مقدار و اندازه ذرات باگاسیلو و پیت بستگی به واریته های مختلف نیشکر و تجهیزات بکار رفته در یک کارخانه تولید شکر دارد. در کارخانه هایی که از تجهیزاتی مانند دستگاه شریدر استفاده می نمایند مقدار این ذرات بیشتر می باشد. این دستگاه بمنظور خرد شدن هر چه بیشتر نیشکر و شکسته شدن دیواره سلولی نیشکر و بالا بردن راندمان عملیات استخراج شربت مورد استفاده قرار می گیرد ولی با افزایش مقدار ذرات ریز مانند پیت باعث ایجاد مشکلاتی در طول فرآیند پالایش شربت می گردد. همچنین در کارخانه هایی که از تجهیزات فیلتراسیون مناسب استفاده می کنند مقدار این ذرات کمتر می باشد.

راههای نفوذ ذرات ریز باگاسیلو و پیت به درون شربت نیشکر

v یکی از راههای نفوذ ذرات پیت و باگاسیلو به درون شربت، عبور این ذرات از سوراخهای دستگاه روتاری اسکرین و یا دستگاه کوش کوش می باشد. این تجهیزات بمنظور جدا سازی ذرات باگاس از شربت نیشکر قبل از ارسال آن به سالن تولید شکر مورد استفاده قرار می گیرند و معمولا ذراتی که اندازه آنها از اندازه سوراخهای توری این تجهیزات کمتر است به راحتی به درون شربت نفوذ کرده و وارد مراحل بعدی فرآیند می شوند.

v در طول فرآیند آسیاب بعلت رو باز بودن نقاله ها و حرکت چرخشی با سرعت بالای برخی تجهیزات مانند دستگاه شریدر و نیز سبک وزن بودن این ذرات، مقدار فراوانی از آنها بصورت معلق در محیط پراکنده می شوند و به مرور از طریق مسیرهای باز و مخازن روباز به درون شربت نیشکر نفوذ می کنند.

v در بخش پالایش شربت، پس از عملیات زلال سازی بمنظور جدا کردن ذرات همراه شربت خروجی از دستگاه کلاریفایر از یک سری صفحات توری با شیب حدود 45 درجه و با مش حدود 1 میلی متر به نام دستگاه D.S.M استفاده می شود. اگر اندازه ذرات از اندازه سوراخ های توری این دستگاه کمتر باشد به راحتی به درون شربت نفوذ کرده و وارد مراحل بعدی فرآیند می شوند.

v گل خروجی حاصل از فرآیند زلال سازی شربت در دستگاه کلاریفایر حاوی مقادیر فراوانی مواد قندی می باشد. بمنظور جدا کردن این مواد از توریهای دورانی به نام فیلتر خلاء استفاده می شود که در این خصوص جهت جذب هر چه بیشتر مواد قندی از گل و افزایش قابلیت نفوذپذیری گل روی سطح درام فیلتر، از ذرات باگاسیلو استفاده می شود. این ذرات باگاسیلو بوسیله توری از باگاس خروجی از واحد آسیاب جدا شده و به وسیله سیستم پنوماتیکی و بلوور به قسمت پالایش ارسال می شوند و با گل مخلوط می شوند. در صورتیکه اندازه ذرات از اندازه سوراخهای توری فیلترکمتر باشد به راحتی به درون شربت نفوذ کرده و وارد مراحل بعدی فرآیند می شوند.

v پس از عملیات کریستالیزاسیون و پخت شکر، بمنظور جدا سازی کریستال های شکر از مایع پخت از دستگاه سانتریفیوژ استفاده می شود. در صورتیکه اندازه ذرات پیت و باگاسیلو موجود در پخت از اندازه سوراخهای توری دستگاه سانتریفیوژ کمتر باشد این ذرات به همراه ملاس خارج شده و در صورت استفاده از این ملاس (ملاس نوع A و B) بعنوان پایه پخت، این ذرات بطور مجدد به درون فرآیند نفوذ می کنند.

تاثیر ذرات باگاسیلو و پیت در مراحل مختلف فرآیند تولید شکر

وجود ذرات باگاسیلو و پیت در شربت استخراج شده در بخش هیترها با افزایش دما باعث سوختن ذرات و آزاد شدن مواد غیرقندی و مواد رنگی مختلف و در نتیجه ایجاد رسوب در لوله های هیترها می شوند.

مواد و ترکیبات مختلف در گیاه نیشکر وجود دارند که اغلب این مواد همراه با ذرات باگاسیلو و پیت بر روی شربت اثر می گذارند. اغلب این مواد در واحد پالایش از شربت جداسازی می شوند ولی برخی از این مواد بر روی شربت اثر گذاشته و باعث تغییراتی در کیفیت شربت می شوند.

از مواد رنگی موجود در شربت نیشکر می توان به مواد زیر اشاره نمود:

· کلوروفیل یا سبزینه Chlorophyll

· اگزانتوفیل Xanthophylls

· انتوسیانین Anthocynin

· ساکاراتین Saccharatin

· تانین Tannins

کلیه مواد رنگی فوق باعث افزایش رنگ شربت می شوند. بمنظور کاهش تاثیر این ذرات، در طی عملیات پالایش و زلال سازی شربت از ترکیبات شیمیایی مانند شیر آهک و مواد ترسیب دهنده جهت تصفیه شربت استفاده می شود. از میان مواد رنگی مذکور، ساکاراتین وابسته به فیبر نیشکر بوده و وجود این نوع رنگ دانه در ذرات باگاسیلو باعث زرد رنگ شدن شربت در هنگام عملیات آهک زنی می شود، بنابراین لازم است قبل از این مرحله این نوع مواد جداسازی شوند. ساکاراتین همچنین با یونهای آهن و اکسیژن بخصوص در محیط قلیایی ترکیب شده و باعث تشکیل ترکیبات تیره رنگ و در نتیجه افزایش رنگ شربت می شود.

در بخش توریهای D.S.M که بمنظور جداسازی ذرات باگاسیلو و پیت از شربت مورد استفاده قرار می گیرند، تجمع این ذرات علاوه بر ایجاد گرفتگی در توریهای مزبور باعث سرریز شدن شربت از اطراف و به هدر رفتن شربت و همچنین رشد انواع میکروارگانیسم ها از جمله لوکونستوک شده و در نتیجه گرفتگی بیشتر توری ها توسط این نوع باکتری می شود.

قسمت عمده ذرات باگاسیلویی که بعنوان ماده کمکی جهت استخراج شربت در بخش فیلترهای خلاء مورد استفاده قرار می گیرند حاوی ذرات پیت می باشند. این ذرات باعث افت درجه خلوص شربت صاف شده از 4 تا 10 واحد می شود.

در دیگ های طبخ شکر وجود ذرات ریز باگاسیلو و پیت در هنگام پخت و به هنگام تشکیل کریستالهای شکر بعنوان هسته کریستال عمل کرده و باعث تشکیل کریستالهایی با هسته کاذب می شوند و همچنین بعلت وجود مواد رنگی در آنها باعث افزایش رنگ شکر می شوند.

در بخش سانتریفیوژ وجود ذرات باگاسیلو و پیت با اندازه های بزرگتر از مش توریها در پخت باعث افزایش وجود این ذرات در شکر تولیدی و نیز گرفتگی در توریها شده و از نظر عملیاتی باعث ایجاد مشکلاتی در دستگاهها می شوند.

در بخش انبار شکر، ذرات باگاسیلوی موجود در شکر بعلت دارا بودن خاصیت جذب رطوبت ، مقدار رطوبت بیشتری جذب شده و در نتیجه باعث کاهش کیفیت شکر و ایجاد حالت کلوخه در شکر انبار شده می شوند.

روشهای پیشنهادی جهت کاهش ذرات در طول فرآیند

با توجه به موارد ذکر شده در فوق جهت کاهش تاثیرات منفی این مواد در طول فرآیند و بالا بردن کیفیت محصول نهایی جهت رسیدن به سطح استاندراد مورد نظر، لازم است تمهیداتی در راستای کاهش حضور این مواد و تاثیرات منفی آنها در طول فرآیند بعمل آید که در این راستا موارد زیر پیشنهاد می گردد.

استفاده از تجهیزات فیلتراسیون در چندین مرحله.

در حال حاضر پس از استخراج شربت در واحد آسیاب تنها در یک مرحله با استفاده از دستگاه روتاری اسکرین و یا نقاله کوش کوش جهت جداسازی ذرات همراه شربت استفاده می شود که در این خصوص جهت جداسازی ذراتی که از توری این دستگاه ها عبور می کنند می توان پس از عبور شربت از دستگاه های مذکور، از تجهیزاتی مانند صافی های لرزان و یا از صافی هایی با مش 7/0 و 5/0 استفاده نمود.

کاهش نفوذ ذرات پراکنده در محیط به درون شربت.

جهت جلوگیری از نفوذ ذرات پراکنده در محیط می بایست پوشش هایی مناسب و قابل جابجایی بر روی کلیه مسیرهای باز و مخازنی که شربت استخراج شده در آنها جاری می باشد تعبیه نمود، و یا از تجهیزاتی همچون دستگاه گردگیر و یا سیکلون های جداسازی ذرات در واحد آسیاب استفاده نمود.

بهره برداری مناسب از آسیاب ها

از راههای کاهش مقدار ذرات باگاسیلو و پیت در شربت نیشکر تنظیم مناسب و بهینه تنظیم یا ستینگ آسیاب ها نسبت به مقدار نیشکر ورودی و تنظیم مناسب فشار هیدرولیک وارده بر غلتک های آسیاب ها و همچنین تنظیم اسکریپرها و سرعت توربین ها آسیاب می باشد.

بهره برداری مناسب از دستگاه D.S.M

بررسی ها و آزمایش های انجام شده نشان می دهد شستشوی به موقع و استفاده مناسب از این دستگاه جهت جداسازی ذرات علاوه بر جلوگیری از رشد میکروارگانیزم ها باعث افزایش درجه خلوص شربت به اندازه یک واحد می شود و تا حد زیادی از کدورت شربت جلوگیری خواهد شد.

استفاده از توری صافی جهت شربت جدا شده در فیلتر خلاء

پس از استخراج شربت در فیلترهای خلاء، مقداری ذرات پیت و باگاسیلو به درون شربت نفوذ می کنند، بنابراین جهت جلوگیری از حضور مجدد این ذرات در فرآیند می توان قبل از ارسال شربت به مخزن جمع آوری شربت یا رسیوینگ تانک، از دستگاه صافی همچون صافی های لرزان استفاده شود. در جدول های زیر مقدار ترکیبات آلی موجود در شربت نیشکر و آنالیز شیمیایی پیت که درصد بالای این ترکیبات را نشان می دهد.

(Mg/l)

Inorganic Component

1-5

1-5

3-10

1-3

1-2

5-20

15-150

CaO

MgO

Fe

₂

O

₃

/Al

₂

O

₃

P

₂

O

₅

SiO

₂

Ash insoluble in Hcl (clay & sand)

Very fine fiber (bagacillo)

جدول مقدار ترکیبات آلی موجود در شربت نیشکر

درصد

ماده

45%

C

38%

O

6%

H

1%

N، S، Cl

10%

Ash

آنالیز شیمیایی پیت و درصد ترکیبات

نتیجه گیری

در فرآیند تولید شکر از نیشکر ذرات باگاسیلو و پیت می توانند بعنوان یک عامل کاهنده کیفیت در طول فرآیند عمل نمایند، بنابراین استفاده از امکانات و تجهیزاتی که باعث جلوگیری از نفوذ این ذرات در طول فرآیند زلال سازی شربت و تولید شکر می شوند امری مهم و از نظر اقتصادی بسیار حائز اهمیت می باشد و در این راسا هدف رسیدن به محصولی مطابق با استانداردهای تعین شدهو کاهش هر چه بیشتر اتلاف قند بوده و در کیفیت محصول نهایی یعنی شکر نقش مهمی را ایفاد نماید.

منابع:

1- Sugar technology beet & sugarcane manufacture

p. w. van der poel H. schiweck T schwartz

2- Can sugar Handbook

James c.p. chen chung chi chou

3- "Handbook of cane sugar technology"

By R.B.L.Mathur.