Cukor je jednou z najrozšírenejších potravín na svete, pochádza najmä z cukrovej trstiny a cukrovej repy. Výroba vysokokvalitného cukru je zložitý proces zahŕňajúci viacero fáz: extrakciu, čírenie, odparovanie, kryštalizáciu a rafináciu. V každej fáze spracovania cukru je potrebné presne kontrolovať kvalitu a čistotu cukrovej šťavy. Prirodzené nečistoty, ako sú koloidné častice, bielkoviny, pigmenty a mikroorganizmy, môžu vážne ovplyvniť účinnosť čírenia, filtrácie a kryštalizácie.
Chemikálie zohrávajú kľúčovú úlohu v moderných procesoch výroby cukru. Bez riadnej chemickej kontroly môžu tieto nečistoty spôsobiť tvorbu vodného kameňa, problémy s farbou a stratu produkcie. Chemikálie používané na výrobu cukru nielen zvyšujú efektivitu a produkciu, ale aj zlepšujú kvalitu výrobkov, znižujú spotrebu energie a pomáhajú továrňam spĺňať normy ochrany životného prostredia. Tieto chemikálie môžu:
- Zlepšite účinnosť čírenia a efekt separácie tuhých látok a kvapalín.
- Zabráňte rastu mikroorganizmov v ovocnej šťave a sirupe.
- Zvýšte účinok odfarbovania vysoko čistého bieleho kryštálového cukru.
- Kontrolujte tvorbu peny a vodného kameňa vo výparníku a vákuovom výparníku.
Tento článok na príklade cukrovej trstiny komplexne zhrnul proces výroby cukru. Vysvetlil tiež, ako sa v každej fáze používali rôzne chemikálie – flokulanty, dezinfekčné prostriedky, odfarbovacie činidlá a odpeňovače – aby sa zabezpečila hladká prevádzka a vysokokvalitná výroba cukru.
Proces výroby cukru a aplikácia chemikálií
Príprava surovín
Výroba cukru začína zberom a prípravou surovín. Cukrová trstina sa umýva a seká, aby sa odstránila zemina, kamene a listy. V tejto fáze, ak sa šťava nechá dlho stáť, začnú sa v nej množiť mikroorganizmy. Aby sa znížilo mikrobiálne zaťaženie povrchu surovín, zabránilo sa kontaminácii alebo kazeniu cukrovej šťavy počas procesu sacharifikácie, na povrch cukrovej trstiny, skladovacej vody alebo čistiacich zariadení sa niekedy aplikujú dezinfekčné prostriedky.
| Typ dezinfekčného prostriedku | Odporúčaná koncentrácia | Metóda aplikácie | Hlavné funkcie | Prevencia | Výhody |
| Chlórnan sodný (NaClO) | 50 – 200 ppm voľného chlóru | Postrek alebo namáčanie povrchu cukrovej trstiny po dobu 5 – 10 minút | Širokospektrálna sterilizácia znižuje mikrobiálnu záťaž | Kontrolujte koncentráciu (zvyčajne 50 – 200 ppm voľného chlóru). Zabráňte nadmernému zvyškovému chlóru v šťave, aby ste predišli problémom s farbou alebo kryštalizáciou. V prípade potreby po použití opláchnite alebo sceďte. | Širokospektrálna sterilizácia; nízke náklady. |
| Dichlórizokyanurát sodný (SDIC) | 50 – 150 ppm voľného chlóru | Postrek alebo namáčanie povrchu cukrovej trstiny po dobu 5 – 10 minút | Vysoká stabilita, vysoká účinnosť sterilizácie | Kontrolujte voľný chlór, aby ste predišli ovplyvneniu kryštalizácie a farby šťavy. | Stabilnejší ako chlórnan sodný; vysoká účinnosť; kontrolovaný zvyškový chlór; široko používaný v prostredí spracovania potravín. |
| Peroxid vodíka (H₂O₂) | 0,1 % – 0,5 % | Pridáva sa do čistiacej vody alebo do povrchového postreku | Sterilizácia, bez zvyškov, šetrné k životnému prostrediu | Kontrolná koncentrácia; zvyčajne 0,1 – 0,5 % na povrchovú úpravu. Počas prevádzky manipulujte opatrne. | Rozkladá sa bez zvyškov; bezpečný a šetrný k životnému prostrediu. |
| Horúca voda / Para | Horúca voda s teplotou 80–90 °C alebo para s teplotou 100 °C | Oplachovanie horúcou vodou alebo parou po dobu 2–5 minút | Sterilizácia bez pridania chemikálií | Vysoká spotreba energie; vyžaduje si vhodné vybavenie; dodržiavajte bezpečnostné opatrenia. | Bez chemických prísad; znižuje množstvo chemických zvyškov. |
| Dezinfekcia vody na čistenie prevádzok/zariadení | SDIC, 50 – 100 ppm | Čistenie zariadení, dopravných prostriedkov | Zabraňuje sekundárnej kontaminácii | Pravidelne vymieňajte a monitorujte koncentráciu voľného chlóru. | — |
Odporúčaná prax
Keď cukrová trstina vstúpi do továrne, prejde počiatočným premytím čistou vodou, aby sa odstránili nečistoty a nečistoty.
Potom sa povrchová dezinfekcia vykoná postrekom nízkokoncentrovaného SDIC alebo chlórnanu sodného podľa podmienok.
Zdroje vody a čistiace zariadenia cukrovaru by sa mali tiež pravidelne dezinfikovať, aby sa zabezpečilo celkové hygienické prostredie.
Extrakcia šťavy
Po prvom kroku čistenia a dezinfekcie nasleduje ďalší krok extrakcia šťavy z cukrovej trstiny. Šťava sa zvyčajne extrahuje mechanickým lisovaním alebo difúznymi systémami. Tento krok zahŕňa rozbitie tvrdej štruktúry cukrovej trstiny a extrakciu šťavy z nej.
Vo väčšine prípadov sa odšťavovač cukrovej trstiny skladá z troch valcových mlynov v kombinácii s drviacim strojom alebo rotujúcimi nožmi. Po spracovaní cukrovej trstiny na jednom dopravnom páse sa presunie na iný dopravný pás, kde sa extrahuje viac šťavy. Pred prepravou sa však najprv postrieka vodou, aby sa šťava extrahovala ďalej. Zvyšok po odšťavovaní sa nazýva bagasa.
Šťava obsahuje rozpustné a suspendované nečistoty vrátane rastlinných vlákien, bielkovín a dokonca aj častíc pôdy, ktoré boli úplne vyplavené. Tieto nečistoty musia byť upravené, aby sa zvýšila účinnosť následného čírenia a kryštalizácie.
Čírenie šťavy z cukrovej trstiny
Čírenie šťavy je najdôležitejším krokom v počiatočnej fáze procesu výroby cukru. Cieľom je odstrániť nečistoty (ako sú zemina, bielkoviny, koloidy, organické kyseliny atď.) zo šťavy z cukrovej trstiny a zlepšiť jej čistotu. Vo všeobecnosti sa používa vápenný proces v kombinácii s metódou flotácie fosforom alebo metódou karbonizácie.
Chemické použitie
Vápno (CaO)/vápenné mlieko (Ca(OH)2): Neutralizuje kyslé látky a zráža nečistoty.
Oxid uhličitý (CO2) (používa sa pri metóde karbonizácie): Reaguje s vápnom za vzniku zrazeniny uhličitanu vápenatého, ktorá adsorbuje nečistoty.
Flokulant/koagulačná prísada: Pomáha rýchlo sa usadiť suspendované látky.
Bežne používané: polyalumíniumchlorid (PAC), polyakrylamid (PAM) atď.
Síra (SO2) alebo siričitan sodný: Zohráva úlohu pri bielení, odfarbovaní a sterilizácii pri flotácii fosforu.
Filtrácia a predhrievanie
Po vyčírení je potrebné šťavu prefiltrovať, aby sa odstránil sediment. Predhriatie šťavy pred odparovaním je nevyhnutné, pretože pomáha znižovať viskozitu šťavy a zabraňuje rastu mikróbov.
Odparovanie a koncentrácia
Ovocná šťava sa potom zahustí na sirup pomocou viacúčelového odparovača, čím sa zníži obsah vlhkosti z približne 85 % na 30 – 40 %. Vákuové odparovanie pomáha udržiavať kvalitu cukru, ale predstavuje aj určité prevádzkové výzvy:
- Rozpustené bielkoviny a povrchovo aktívne látky spôsobujú tvorbu peny.
- Hromadenie vodného kameňa na povrchu výparníka.
Chemické aplikácie:
Odpeňovače: Odpeňovače na báze silikónu na potlačenie peny pri vysokých teplotách. Odpeňovače na báze polyéteru a mastných alkoholov vhodné pre systémy s ovocnými šťavami so strednou penou.
Inhibítory/dispergačné činidlá: Zabraňujú tvorbe usadenín uhličitanu vápenatého alebo síranu vápenatého vo výparníku.
Dopad: Účinná kontrola peny a prevencia tvorby vodného kameňa zabezpečujú plynulé odparovanie, vyššiu účinnosť prenosu tepla a kratšie prestoje.
Kryštalizácia
Kryštalizačný proces pri výrobe cukru (v priemysle často označovaný ako var) je kľúčovým krokom pri premene koncentrovaného cukrového sirupu na pevné kryštály sacharózy. Koncentrovaný sirup sa varí vo vákuovom kotli, aby sa iniciovala kryštalizácia cukru. Správna kryštalizácia je nevyhnutná pre výťažok cukru, veľkosť kryštálov a farbu. Ide o zložitý fyzikálno-chemický proces určený na kontrolu veľkosti a rovnomernosti vyzrážaných kryštálov sacharózy.
V tomto procese sa často používajú odpeňovače. Odpeňovače regulujú tvorbu peny počas varu a zabraňujú pretečeniu sirupu.
Stabilná kryštalizácia zvyšuje výťažnosť cukru a znižuje straty počas centrifugácie.
Centrifugácia a separácia
Po vytvorení kryštálov sa kryštály oddelia od melasy pomocou odstredivky a potom sa sušia pomocou horúcich rúrok. Melasa sa môže ďalej spracovávať na výrobu etanolu, krmiva pre zvieratá alebo na iné účely.
Odfarbenie a zušľachťovanie
Odfarbovanie a rafinácia je poslednou fázou procesu výroby cukru, ktorá sa používa predovšetkým pri výrobe vysoko čistého bieleho rafinovaného cukru (ako je kryštálový cukor alebo kamenný cukor). Táto fáza si vyžaduje použitie veľkého množstva chemikálií a adsorbentov.
Medzi bežne používané chemikálie patria:
Aktívne uhlie (prášok alebo granule): Adsorbuje polyfenoly, karamel a iné pigmenty.
Odfarbovacie živice/iónomeničové živice: Odstráňte iónové a neiónové farebné zlúčeniny.
Peroxid vodíka (H₂O₂): Oxiduje zostávajúce pigmenty a ďalej zosvetľuje farbu sirupu.
Odfarbovacie činidlá: Zabezpečujú nízke hodnoty ICUMSA a vysokú vizuálnu kvalitu.
Vyššie uvedené načrtáva hlavné procesy a chemické aplikácie v cukrovarníckom priemysle.
Súvisiace zobrazenie chemikálií:
Ako sa čistí odpadová voda z cukrovarníckeho priemyslu?
Cukrovary produkujú počas procesu výroby cukru odpadovú vodu. Táto odpadová voda má zložitú kvalitu a vysoké znečistenie, čo si vyžaduje systematické čistenie vody pred vypustením.
Odpadová voda pochádza prevažne z prania surovín, čistenia zariadení, odpadovej vody z procesu výroby cukru, chladiacej vody/kondenzátu a odkalovania kotlov. Tieto odpadové vody sa vyznačujú veľmi vysokou COD a BSK (v dôsledku obsahu cukru), vysokým obsahom suspendovaných látok, silnou biologickou odbúrateľnosťou a niekedy obsahujú olej a kaly. Preto sa na čistenie tejto odpadovej vody zvyčajne používa kombinácia procesov – predčistenie + koagulácia a sedimentácia + biologické čistenie + pokročilé čistenie. Medzi bežné metódy čistenia patrí fyzikálne čistenie (ako je sedimentácia a filtrácia), chemické čistenie (ako je koagulácia a neutralizácia) a biologické čistenie (ako sú procesy s aktivovaným kalom a umelé mokrade).
Aké chemikálie sú potrebné na čistenie odpadových vôd z cukrovarníckeho priemyslu?
Konkrétne kroky a chemické aplikácie sú nasledovné:
| Fáza liečby | Účel | Odporúčané chemikálie | Hlavné funkcie |
| 1. Pranie a primárna predúprava surovín | Odstráňte piesok, blato, vlákna, nerozpustené látky | PAC (polyalumíniumchlorid) | Rýchla koagulácia, odstránenie nečistôt a zákalu |
| PAM (polyakrylamid) – aniónový/neiónový | Tvorba vločiek, zlepšuje usadzovanie | ||
| Odpeňovač | Kontroluje penu vznikajúcu počas umývania trstiny a extrakcie šťavy | ||
| 2. Vyrovnanie a úprava pH | Stabilizácia kvality prítoku, úprava pH pre následné procesy | Vápno (CaO / Ca(OH)₂) | Zvyšuje pH, čiastočne odstraňuje tvrdosť |
| Hydroxid sodný (NaOH) | Presné nastavenie pH | ||
| Kyselina sírová / kyselina chlorovodíková | Znižuje pH | ||
| Odpeňovač | Znižuje penu vo vyrovnávacej nádrži | ||
| 3. Koagulácia a flokulácia (primárna sedimentácia) | Odstránenie suspendovaných látok, koloidov, farbív; zníženie CHSK | PAC / PolyDADMAC / Polyamín | Primárne koagulanty na odstránenie zákalu a farby |
| PAM (aniónový) | Zlepšuje pevnosť vločiek a rýchlosť usadzovania | ||
| Koagulačné látky (napr. kremičitan horečnatý) | Zlepšuje jasnosť a usadzovací výkon | ||
| 4. Anaeróbne biologické čistenie (UASB, EGSB) | Znížiť vysoké organické zaťaženie (CHSK, BSK) | Doplnkové živiny (zdroje dusíka a fosforu) | Udržiavanie mikrobiálnej aktivity a zdravej biomasy |
| Regulátory pH | Udržiavajte optimálne pH (6,8 – 7,2) pre anaeróbne baktérie | ||
| Odpeňovač | Potláča penu súvisiacu s bioplynom | ||
| 5. Aeróbne čistenie (aktivovaný kal, SBR) | Ďalej znížiť CHSK, BSK a amoniak | Doplnkové živiny (N a P) | Poskytovanie vyvážených živín mikroorganizmom |
| Odpeňovač | Kontroluje penu počas prevzdušňovania | ||
| Bioenzýmy / Mikrobiálne kultúry | Zvyšuje účinnosť biologického odbúravania | ||
| 6. Pokročilá liečba (ak sa uplatňujú prísne normy pre prepustenie) | Zlepšite čírosť, odstráňte zvyškové COD, SS, farbu | Polyamín / PolyDADMAC | Silné odfarbenie a odstránenie zákalu |
| PAC | Dodatočné odstránenie nerezovej ocele a koloidov | ||
| PAM (vysoká molekulová hmotnosť) | Záverečná flokulácia a leštenie | ||
| Aktívne uhlie | Odstraňuje farbu, zápach a organické zvyšky | ||
| 7. Dezinfekcia a opätovné použitie vody | Zabezpečiť mikrobiálnu bezpečnosť pri vypúšťaní alebo opätovnom použití | Chlórnan vápenatý | Účinná dezinfekcia |
| Chlórnan sodný | Bežný online dávkovací dezinfekčný prostriedok | ||
| SDIC (dichlórizokyanurát sodný) | Stabilné a dlhotrvajúce uvoľňovanie chlóru | ||
| TCCA (kyselina trichlórizokyanurová) | Vysoký obsah chlóru, pomalé uvoľňovanie chlórovania |
Výroba cukru je zložitý priemyselný proces, ktorý si vyžaduje presnú kontrolu v každej fáze – od prípravy surovín a odšťavovania až po čírenie, odparovanie, kryštalizáciu, rafináciu a čistenie odpadových vôd. Každá fáza predstavuje svoje vlastné výzvy vrátane suspendovaných látok, farby, mikrobiálnej aktivity, tvorby peny a hromadenia vodného kameňa. Integráciou vhodných chemikálií do každej fázy procesu výroby cukru môžu cukrovary zvýšiť produkciu, zlepšiť kvalitu kryštálov, vylepšiť farbu, znížiť straty a minimalizovať prestoje. Optimalizované chemické riešenia zároveň prispievajú k ochrane životného prostredia prostredníctvom efektívnejšieho čistenia odpadových vôd a zníženia chemického odpadu.
Výber správneho chemického partnera umožňuje cukrovarom zlepšiť efektivitu výroby, zabezpečiť konzistentnú kvalitu produktov, predĺžiť životnosť zariadení a dosiahnuť dlhodobú prevádzkovú excelentnosť.