A cukor a világon az egyik legszélesebb körben fogyasztott élelmiszer, főként cukornádból és cukorrépából származik. A kiváló minőségű cukor előállítása összetett folyamat, amely több szakaszból áll: extrakció, derítés, bepárlás, kristályosítás és finomítás. A cukorfeldolgozás minden szakaszában pontosan ellenőrizni kell a cukorlé minőségét és tisztaságát. A természetes szennyeződések, például a kolloid részecskék, fehérjék, pigmentek és mikroorganizmusok komolyan befolyásolhatják a derítés, szűrés és kristályosítás hatékonyságát.
A vegyszerek kulcsszerepet játszanak a modern cukorgyártási folyamatokban. Megfelelő kémiai ellenőrzés nélkül ezek a szennyeződések vízkövet, elszíneződési problémákat és termelési veszteséget okozhatnak. A cukorgyártási vegyszerek nemcsak a hatékonyságot és a termelést növelik, hanem javítják a termékminőséget, csökkentik az energiafogyasztást, és segítenek a gyáraknak megfelelni a környezetvédelmi előírásoknak. Ezek a vegyszerek:
- Javítsa a tisztítási hatékonyságot és a szilárd-folyadék elválasztási hatást.
- Megakadályozza a mikroorganizmusok szaporodását a gyümölcslében és szirupban.
- Fokozza a nagy tisztaságú fehér kristálycukor elszíntelenítő hatását.
- Szabályozza a habképződést és a vízkőképződést a bepárlóban és a vákuumbepárlóban.
Ez a cikk a cukornádat veszi példaként, hogy átfogóan összefoglalja a cukorgyártási folyamatot. Azt is elmagyarázza, hogy hogyan alkalmaztak különböző vegyszereket – flokkulálószereket, fertőtlenítőszereket, színtelenítő szereket és habzásgátlókat – az egyes szakaszokban a zökkenőmentes működés és a kiváló minőségű cukortermelés biztosítása érdekében.
Cukorgyártási folyamat és vegyszerek alkalmazása
Nyersanyag-előkészítés
A cukorgyártás a nyersanyagok betakarításával és előkészítésével kezdődik. A cukornádat megmossák és felaprítják, hogy eltávolítsák a talajt, a köveket és a leveleket. Ebben a szakaszban, ha a levet hosszú ideig állni hagyják, mikroorganizmusok kezdenek el szaporodni benne. A nyersanyagok felületén lévő mikrobiális terhelés csökkentése, a cukorlé szennyeződésének vagy romlásának megakadályozása a cukrosítási folyamat során néha fertőtlenítőszereket alkalmaznak a cukornád, a tárolóvíz vagy a tisztítóberendezések felületére.
| Fertőtlenítőszer típusa | Ajánlott koncentráció | Alkalmazási módszer | Fő funkciók | Óvintézkedések | Előnyök |
| Nátrium-hipoklorit (NaClO) | 50–200 ppm szabad klór | A cukornád felületének 5–10 perces permetezése vagy áztatása | Széles spektrumú sterilizálás, csökkenti a mikrobiális terhelést | Szabályozott koncentráció (általában 50–200 ppm szabad klór). Kerülje a túlzott klórmaradékot a lében az elszíneződési vagy kristályosodási problémák elkerülése érdekében. Használat után öblítse le vagy csöpögtesse le, ha szükséges. | Széles spektrumú sterilizálás; alacsony költség. |
| Nátrium-diklór-izocianurát (SDIC) | 50–150 ppm szabad klór | A cukornád felületének 5–10 perces permetezése vagy áztatása | Nagy stabilitás, erős sterilizálási hatékonyság | Szabályozza a szabad klórt, hogy elkerülje a lé kristályosodásának és színének befolyásolását. | Stabilabb, mint a nátrium-hipoklorit; nagy hatékonyság; szabályozott maradék klór; széles körben használják élelmiszer-feldolgozási környezetben. |
| Hidrogén-peroxid (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Tisztítóvízbe vagy felületi permetezéshez adva | Sterilizálás, maradványmentes, környezetbarát | Kontrollkoncentráció; általában 0,1–0,5% felületkezeléshez. Használat közben óvatosan kezelendő. | Maradék nélkül lebomlik; biztonságos és környezetbarát. |
| Forró víz / gőz | 80–90°C-os forró víz vagy 100°C-os gőz | Öblítés forró vízzel vagy gőzöléssel 2-5 percig | Sterilizálás vegyszer hozzáadása nélkül | Magas energiafogyasztás; megfelelő felszerelést igényel; tartsa be a biztonsági előírásokat. | Nem tartalmaz kémiai adalékanyagokat; csökkenti a vegyi maradványokat. |
| Üzem/létesítmény tisztítása Vízfertőtlenítés | SDIC, 50–100 ppm | Berendezések, szállítójárművek tisztítása | Megakadályozza a másodlagos szennyeződést | Rendszeresen cserélje ki és ellenőrizze a szabad klór koncentrációját. | — |
Ajánlott gyakorlat
Amikor a cukornád belép a gyárba, először tiszta vízzel mossák, hogy eltávolítsák a talajt és a szennyeződéseket.
Ezután a felületfertőtlenítést alacsony koncentrációjú SDIC vagy nátrium-hipoklorit permetezésével végzik, a körülményektől függően.
A cukorgyár vízforrásait és tisztítóberendezéseit is rendszeresen fertőtleníteni kell az általános higiénikus környezet biztosítása érdekében.
Lé kinyerése
Az első tisztítási és fertőtlenítési lépés után a következő lépés a cukornádlé kinyerése. A levet általában mechanikus préseléssel vagy diffúziós rendszerekkel nyerik. Ez a lépés magában foglalja a cukornád kemény szerkezetének feltörését és a lé kinyerését.
A legtöbb esetben a cukornádfacsaró három görgős malomból áll, amelyekhez egy aprító vagy forgó pengék társulnak. Miután a cukornádat feldolgozták az egyik szállítószalagon, egy másik szállítószalagra szállítják, hogy még több levet nyerjenek ki. Szállítás előtt azonban először vizet permeteznek a lé további kinyerése érdekében. A facsarás után visszamaradó anyagot cukornádnak nevezik.
A lé oldható és szuszpendált szennyeződéseket tartalmaz, beleértve a növényi rostokat, fehérjéket és még a teljesen kimosott talajrészecskéket is. Ezeket a szennyeződéseket kezelni kell a későbbi tisztítás és kristályosítás hatékonyságának fokozása érdekében.
A cukornádlé derítése
A cukorgyártási folyamat korai szakaszának legfontosabb lépése a lé derítése. A cél a szennyeződések (például talaj, fehérje, kolloid, szerves sav stb.) eltávolítása a cukornádléből és annak tisztaságának javítása. Általában a meszes eljárást alkalmazzák, foszforflotációs vagy karbonizációs módszerrel kombinálva.
Vegyi felhasználás
Mész (CaO)/mésztej ( Ca(OH)2): Semlegesíti a savas anyagokat és kicsapja a szennyeződéseket.
Szén-dioxid (CO2) (a karbonizációs módszerben használják): Mésszel reagálva kalcium-karbonát csapadékot képez, amely adszorbeálja a szennyeződéseket.
Flokkuláns/koaguláns segédanyag: Segíti a szuszpendált szilárd anyagok gyors ülepedését.
Gyakran használt: polialumínium-klorid (PAC), poliakrilamid (PAM) stb.
Kén (SO2) vagy nátrium-szulfit: Szerepet játszik a fehérítésben, színtelenítésben és sterilizálásban a foszforflotáció során.
Szűrés és előmelegítés
Derítés után a levet szűrni kell az üledék eltávolítása érdekében. A lé előmelegítése a bepárlás előtt kulcsfontosságú, mivel ez segít csökkenteni a lé viszkozitását és megakadályozza a mikrobák szaporodását.
Párolgás és koncentrálás
A gyümölcslevet ezután egy többfunkciós bepárló segítségével sziruppá sűrítik, így a nedvességtartalom körülbelül 85%-ról 30-40%-ra csökken. A vákuumos bepárlás segít megőrizni a cukor minőségét, de néhány működési kihívást is felvet:
- Az oldott fehérjék és felületaktív anyagok habképződést okoznak.
- Vízkőlerakódás az elpárologtató felületén.
Kémiai alkalmazások:
Habzásgátlók: Szilikon alapú habzásgátlók magas hőmérsékletű habzásgátlókhoz. Poliéter és zsíralkohol alapú habzásgátlók, amelyek közepesen habos gyümölcslé-rendszerekhez alkalmasak.
Vízkőgátlók/diszpergálószerek: Megakadályozzák a kalcium-karbonát vagy szulfát vízkő képződését az elpárologtatóban.
Hatás: A hatékony habzásszabályozás és a vízkőképződés megelőzése zökkenőmentes párolgást, nagyobb hőátadási hatékonyságot és kevesebb állásidőt biztosít.
Kristályosodás
A cukorgyártás kristályosítási folyamata (az iparban gyakran forralásnak nevezik) kulcsfontosságú lépés a tömény cukorszirup szilárd szacharózkristályokká alakításában. A tömény szirupot vákuumüstben forralják a cukor kristályosodásának megkezdéséhez. A megfelelő kristályosodás elengedhetetlen a cukorhozam, a kristályméret és a szín szempontjából. Ez egy összetett fizikai-kémiai folyamat, amelynek célja a kicsapódott szacharózkristályok méretének és egyenletességének szabályozása.
A habzásgátlókat gyakran használják ebben a folyamatban. A habzásgátlók szabályozzák a habképződést a forrás során, megakadályozva a szirup túlcsordulását.
A stabil kristályosodás növeli a cukorhozamot és csökkenti a centrifugálás során fellépő veszteségeket.
Centrifugálás és elválasztás
A kristályképződés után a kristályokat centrifugával elválasztják a melasztól, majd forró csöveken keresztül szárítják. A melasz tovább feldolgozható etanol, állati takarmány vagy egyéb felhasználási célra.
Színtelenítés és finomítás
A színtelenítés és finomítás a cukorgyártási folyamat utolsó szakasza, amelyet elsősorban a nagy tisztaságú, fehér finomított cukor (például kristálycukor vagy kőcukor) előállításánál alkalmaznak. Ez a szakasz nagy mennyiségű vegyszer és adszorbens használatát igényli.
A gyakran használt vegyi anyagok a következők:
Aktív szén (por vagy granulátum): Megköti a polifenolokat, a karamellt és más pigmenteket.
Színtelenítő gyanták/ioncserélő gyanták: Ionos és nemionos színes vegyületek eltávolítása.
Hidrogén-peroxid (H₂O₂): Oxidálja a maradék pigmenteket, tovább világosítva a szirup színét.
Színtelenítő szerek: Alacsony ICUMSA-értékeket és magas vizuális minőséget biztosítanak.
A fentiek felvázolják a cukoripar főbb folyamatait és kémiai alkalmazásait.
Kapcsolódó vegyi anyagok megjelenítése:
Hogyan kezelik a cukoripar szennyvizét?
A cukorgyárak a cukorgyártási folyamat során szennyvizet termelnek. Ez a szennyvíz összetett minőségű és magas szennyezőanyag-terheléssel rendelkezik, ami a kibocsátás előtt szisztematikus vízkezelést igényel.
A szennyvíz főként nyersanyagmosásból, berendezések tisztításából, cukorgyártási szennyvízből, hűtővízből/kondenzátumból és kazánleiszapolásból származik. Ezeket a szennyvizeket nagyon magas KOI és BOI (a cukortartalom miatt), magas szuszpendált szilárdanyag-tartalom, erős biológiai lebonthatóság jellemzi, és néha olajat és iszapot is tartalmaznak. Ezért jellemzően a folyamatok kombinációját – előkezelés + koaguláció és ülepítés + biológiai kezelés + továbbfejlesztett kezelés – alkalmazzák ezen szennyvíz kezelésére. A gyakori kezelési módszerek közé tartozik a fizikai kezelés (például ülepítés és szűrés), a kémiai kezelés (például koaguláció és semlegesítés) és a biológiai kezelés (például aktivált iszapkezelés és mesterséges vizes élőhelyek).
Milyen vegyszerekre van szükség a cukoripar szennyvízének kezeléséhez?
A konkrét lépések és kémiai alkalmazások a következők:
| Kezelési szakasz | Cél | Ajánlott vegyszerek | Fő funkciók |
| 1. Nyersanyag mosása és elsődleges előkezelés | Homok, saras, rostok és lebegő szilárd anyagok eltávolítása | PAC (polialumínium-klorid) | Gyors koaguláció, SS eltávolítása és zavarosság |
| PAM (poliakrilamid) – anionos/nemionos | Flokkképződés, elősegíti az ülepedést | ||
| Habzásgátló | Szabályozza a cukornádmosás és a lé kinyerése során keletkező habképződést | ||
| 2. Kiegyenlítés és pH-beállítás | A beáramló víz minőségének stabilizálása, a pH beállítása a későbbi folyamatokhoz | Mész (CaO / Ca(OH)₂) | Növeli a pH-értéket, részlegesen eltávolítja a keménységet |
| Nátrium-hidroxid (NaOH) | Precíz pH-beállítás | ||
| Kénsav / Sósav | Csökkenti a pH-értéket | ||
| Habzásgátló | Csökkenti a habképződést a kiegyenlítő medencében | ||
| 3. Koaguláció és flokkuláció (elsődleges ülepítés) | Eltávolítja a lebegő szilárd anyagokat, kolloidokat, színt; csökkenti a KOI-t | PAC / PolyDADMAC / Poliamin | Elsődleges koagulánsok zavarosság és szín eltávolítására |
| PAM (anionos) | Javítja a flokkuláció szilárdságát és az ülepedési sebességet | ||
| Véralvadásgátlók (pl. magnézium-szilikát) | Javítja az átláthatóságot és a leülepedési teljesítményt | ||
| 4. Anaerob biológiai kezelés (UASB, EGSB) | Csökkentse a magas szervesanyag-terhelést (KOI, BOI) | Tápanyag-adalékanyagok (nitrogén- és foszforforrások) | Fenntartja a mikrobiális aktivitást és az egészséges biomasszát |
| pH-szabályozók | Tartsa fenn az optimális pH-értéket (6,8–7,2) az anaerob baktériumok számára | ||
| Habzásgátló | Elnyomja a biogázzal kapcsolatos habzást | ||
| 5. Aerob kezelés (aktivált iszap, SBR) | További COD, BOI és ammóniacsökkentés | Tápanyag-adalékanyagok (N és P) | Kiegyensúlyozott tápanyagokat biztosít a mikroorganizmusoknak |
| Habzásgátló | Szabályozza a habképződést levegőztetés közben | ||
| Bioenzimek / Mikrobiális kultúrák | Növeli a biológiai lebontás hatékonyságát | ||
| 6. Speciális kezelés (ha szigorú elbocsátási előírások vonatkoznak) | Javítsa az átlátszóságot, távolítsa el a maradék COI-t, SS-t és színt | Poliamin / PolyDADMAC | Erős elszíntelenítés és zavarosság eltávolítás |
| PAC | További SS és kolloid eltávolítás | ||
| PAM (nagy molekulatömegű) | Végső flokkuláció és polírozás | ||
| Aktív szén | Eltávolítja a színt, a szagokat és a szerves maradványokat | ||
| 7. Fertőtlenítés és víz újrafelhasználása | Biztosítsa a mikrobiális biztonságot a kibocsátás vagy az újrafelhasználás során | Kalcium-hipoklorit | Erős fertőtlenítés |
| Nátrium-hipoklorit | Gyakori online adagolású fertőtlenítőszer | ||
| SDIC (nátrium-diklór-izocianurát) | Stabil, hosszan tartó klórkibocsátás | ||
| TCCA (triklór-izocianursav) | Magas klórtartalom, lassú felszívódású klórozás |
A cukorgyártás egy összetett ipari folyamat, amely minden szakaszban precíz ellenőrzést igényel – a nyersanyag-előkészítéstől és a lécek préselésétől kezdve a derítésen, bepárláson, kristályosításon, finomításon és szennyvízkezelésen át. Minden szakasz más kihívásokat jelent, beleértve a szuszpendált szilárd anyagokat, a színt, a mikrobiális aktivitást, a habképződést és a vízkőlerakódást. A megfelelő vegyszerek cukorgyártási folyamat minden szakaszába történő integrálásával a cukormalmok növelhetik a termelést, javíthatják a kristályminőséget, fokozhatják a színt, csökkenthetik a veszteségeket és minimalizálhatják az állásidőt. Ezzel egyidejűleg az optimalizált kémiai megoldások hozzájárulnak a környezetvédelemhez a hatékonyabb szennyvízkezelés és a csökkentett vegyi hulladék révén.
A megfelelő vegyipari partner kiválasztása lehetővé teszi a cukorgyárak számára a termelési hatékonyság javítását, az állandó termékminőség biztosítását, a berendezések élettartamának meghosszabbítását és a hosszú távú működési kiválóság elérését.