قند و شکر

مراحل توليد شكر از نيشكر گرچه تا حدی مشابه مراحل توليد شكر از چغندر است، اما خصوصيات اين صنعت به گونه ای است كه برای شناخت اصول آن نياز به كتابی جداگانه است. با اين وجود، در اينجا با هدف آشنايی اوليه با صنعت مذكور به اختصار مطالبی بيان می‌شود. اين صنعت را ميتوان در دو بخش مورد مطالعه قرار داد:هدف اولیه و اصلی این شرکت اطمینان از کیفیت محصول و تحویل به موقع و ارائه خدمات در بهترین شرایط ممکن است تا بتواند به شعار اصلی خود که (رضایت مشتری) است جامه عمل بپوشاند.

برداشت و انبار كردن نيشكر

گياه نيشكر (sugar cane) در مناطق گرمسيری كشت می‌شود، مقدار قند نيشكر اغلب در حد ۱۵-۱۰درصد و در مواردی تا ۱۷ درصد می‌باشد. برداشت نيشكر با روش دستی يا با دستگاه‌های مخصوص امكان پذير است. در برخی موارد قبل از برداشت، برگهای نيشكر را مي‌سوزانند. پس از برداشت، نيشكر به كارخانه حمل می‌شود. برخلاف چغندر قند، نيشكر قابل انبار كردن و ذخيره سازی در كارخانه نيست و مواد قندی آن سريعا” در اثر نگهداری دچار تجزيه می‌گردند و وزن نيشكر در اثر از دست دادن رطوبت كم می‌شود. هرچه نيشكر به صورت تازه‌تر به مصرف كارخانه برسد، بهتر خواهد بود، لذا معمولا” كارخانه‌ها محلی برای نگهداری نيشكر به منظور مصرف در روزهای بعد نداشته و نيشكر تحويلی، در همان روز به مصرف می‌رسد. نيشكر وارد شده به كارخانه پس از توزين، روی دستگاه تفاله مخصوص تخليه می‌گردد و به سمت محل فرآيند انتقال می‌يابد.

شستشوی نيشكر

شستشوی نيشكر ساده بوده و در مقايسه با شستشوی چغندر به آب كمتری نياز دارد. ضمن حركت نيشكر توسط نقاله با پاشيدن آب بر روی آن شستشو انجام مي گيرد. آب گل آلود حاصل از شستشو، از طريق روزنه‌های نقاله خارج شده و به فاضلاب می‌رود. در اين آب مقداری مواد قندی وجود دارد كه به عنوان ضايعات شستشوی نيشكر به حساب می‌آيد. با استفاده از آهنربای مخصوص قطعات كوچك آهنی همراه با نيشكر نيز جداسازی می‌شوند.

عصاره‌گيری از نيشكر

براي عصاره‌گيری نيشكر را بايد آماده كرد، در عمليات آماده سازی نيشكر دستگاه‌های متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گيرد: دستگاه برش نيشكر (cane cnife) دستگاه خرد كن (crusher) دستگاه شريدر (shredder) دستگاه برش نيشكر، شامل يك يا دو سری تيغه برنده است كه در بالای نقاله نيشكر نصب شده و نيشكر را به قطعات كوچك برش می‌دهند. پس از آن قطعات نيشكر وارد دستگاه خرد كن يا شريدر شده وكاملا” خرد و ساختمان آنها متلاشی می‌شود. دستگاه خرد كن شامل دو غلتك پر قدرت است كه در سطح آنها شيارهای عميق وجود دارد. قطعات نيشكر با عبور از بين دو غلتك مذكور كاملا” خرد شده آماده عصاره گيری مي شوند. در برخی از كارخانه‌ها از دستگاه شريدر براي متلاشی ساختن ساختمان اوليه قطعات نيشكر استفاده می‌شود. اين دستگاه شامل پره هاي برنده گردان است كه با ورود قطعات نيشكر به آن كاملا” آنها را خرد و متلاشی می‌سازند. مجموعه سيستم استخراج عصاره از نيشكر به نام تاندم (tandem) خوانده می‌شود.

توزين شربت خام نيشكر

براي كنترل دقيق ميزان قند وارد شده به فرآيند و محاسبه ضایعات و كنترل فرايندهاي بعدي، اين نياز وجود دارد كه شربت خام حاصل از مرحله شربت گيري، قبل از انتقال به مرحله تصفيه، توزين شود. عمل توزين معمولا”به حالت غير مداوم انجام نمي شود، بلكه با استفاده از ترازوهاي خودكار مانند ترازوي ماكسول (Maxwell-Boulgene Weigher)و يا ترازوي هو –ريچاردسون (Howe-Richardson scale)انجام مي شود

آهك زني به شربت خام نيشكر (Liminig of cane juice)

با توجه به ناخالصيهاي موجود در شربت خام نيشكر،يكي از راه هاي جدا سازي اين مواد روش آهك زني است. در اثر آهك زني كه به صورت افزودن شير آهك انجام مي شود، ضمن خنثي شدن حالت اسيدي شربت، بسياري از ناخالصيها، آماده رسوب كردن مي شوند. در برخي از كارخانه ها به جاي مقداري از آهك و يا كل آن از منيزيم يا تركيبات منيزيم و در برخي موارد از ساكارات براي تصفيه شربت خام استفاده مي شود. روشهاي آهك زني نيز متفاوت است و آهك زني به صورت سرد، گرم، آهك زني مرحله به مرحله و دو بار گرم كردن fractional Liming and double heating)انجام مي گيرد، اما به نظر مي رسد روش آهك زني سرد (cold liming)در اين مورد مناسب تر باشد. مقدار شير آهك مصرفي براي آهك زني به شربت خام نيشكر،بسيار كمتر از آهك مصرفي براي شربت خام چغندر قند است. علت آن است كه ميزان قند انورت در شربت خام نيشكر بالا است و اگر در شربت پس از آهك زني،آهك اضافي باقي بماند با قندهاي انورت واكنش داده و ايجاد نمكهاي محلول مي كند كه در افزايش رنگ و ويسكوزيته شربت مؤثر هستند و از طرف ديگر چنانچه دماي چنين شربتي بالا رود وجود حالت قليايي زياد، موجب تشديد انورسيون در شربت نيز مي شود. به همین دلیل مقدار شیر آهک که با بومه حدود ۱۵تهیه می شود،در حدی به شربت خام زده می شود که ph شربت را از حدود ۵/۴-۵/۲به حدود ۸/۵-۸ برساند وphبالاترنرود. در روش آهک زنی سرد، پس از افزودن شیر آهک به شربت حدود ۱۵تا۲۰ دقیقه زمان داده می شود سپس شربت را با عبور دادن از مبدلهای حرارتی به دمای حدود ۱۰۷-۱۰۴ درجه سانتیگراد می‌رسانند و به قسمت ته نشین سازی ناخالصیها منتقل می کنند.گرم کردن شربت،ویسکوزیته آنرا کاهش داده و موجب تسریع ته نشینی ناخالصیها می شود.

ته نشین سازی ناخالصیها و زلال سازی شربت نیشکر (Clarification of cane juice)

برای ته نشینی مناسب مواد غیر قندی و حفظ حداکثر ساکاروز در شربت و کاهش قند وارد شده به گلهای ته نشین شده، وجود انیدرید فسفریک (P۲O۵) در شربت اهمیت زیادی دارد. چنانچه این ماده در شربت نیشکر کمتر از ۳۰۰ (ppm) باشد، ته نشینی ناخالصیها بخوبی صورت نمی گیرد. به عبارت دیگر ماده فوق می تواند در شربت ایجاد فسفات کلسیم نامحلول (tri-clacium phosphate) کرده که دارای جذب سطحی مناسب است و ضمن رسوب کردن، ناخالصیهای زیادی را به خود جذب کرده ورسوب می دهد. معمولا” در صورتی که در شربت مقدار کافی (P۲O۵) نباشد، قبل از مرحله آهک زنی به شربت اضافه می شود. ترکیب مذکور به صورت اسید فسفریک (۵۵درصد P۲O۵ )یا به صورت منو کلسیم فسفات (۴۸درصدP۲O۵ ) به شربت اضافه می شود که می‌تواند در شربت ایجاد تری کلسیم فسفات کنند. در برخی موارد مستقیما”تری کلسیم فسفات به صورت کود فسفات به شربت اضافه شود. گذشته از روشهای فوق به منظور تسریع ته نشین شدن ناخالصیها ممکن است قبل از ورود شربت به دستگاه ته نشین کننده یا کلاریفایر، مواد شیمیایی فعال سطحی با نام تجاری سپاران (Separan.A.P.۳۰) یا هداگ Hodag Flocculants) به شربت افزوده می شود.پس از ته نشینی ناخالصیهای شربت در کلاریفایر، شربت زلال جدا شده به مرحله بعد می رود و گل ته نشین شده نیز غالبا” توسط صافیهای خلا گردان (rotary vacuum filter) صاف شده و شربت باقی مانده در آن تا حد امکان جدا سازی می شود. همان طور که ملاحظه شد، تصفیه شربت خام نیشکر کامل نیست، بلکه سعی می شود که تصفیه و جدا سازی ناخالصیهای در این مرحله در حدی انجام می شود که بتوان از شربت حاصل، طی مرحله کریستالیزاسیون، شکر خام بدست آورد.

تغلیظ شربت

شربت در تبخیر کننده های چند مرحله ای (مثلا”اواپراتورهای ۳یا۴یا۵ مرحله ای ) متصل به خلا تغلیظ می‌شود، بهتر است که قبل از ورود شربت در بدنه اول، آنرا تا دمای جوش پیش گرم کرد. معمولا”بریکس شربت در تبخیر کننده های مذکور به حدود ۶۵-۵۵ درصد رسانده می شود. از نکات مهم در مرحله تبخیر، افت pH شربت است که معمولا” ۰/۳درصد می باشد، اما نباید از ۰.۵ بیشتر شود.