فرمت فایل:WORD(قابل ویرایش) تعدا 9 صحفه
تصفیه شربت خام (raw Iuice Purification)
شربت خروجی از دستگاه دیفیوزر رنگ تیره متمایل به خاکستری دارد، یکی از علل رنگ تیره شربت فعالیت آنزیمهای تولید کننده رنگیزه های تیره مانند ملاتین است. درصد ماده خشک محلول شربت خام بر حسب کشش وزنی دیفیورز متفاوت است (به عنوان مثال حدود 16- 13 درصد)، pH شربت خام نیز اغلب در محدوده 5/6 – 8/5 می باشد و pH برابر 3/6 به طور نسبی می تواند حاکی از سلامتی چغندر مصرفلی و عملکرد خوب در مرحله شربت گیری باشد. درجه خلوص دهنده وجود مقدار زیاد ناخالصی در شربت است و لذا باید این درجه خلوص را با اعمال فرایند تصفیه تا حد امکان به درصد های بالاتر از 90 رساند تا امکان طی کردن مراحل تغلیظ و کریستالیزاسیون به نحوه مطلوب فراهم شود.
اصول تصفیه شربت خام
در کارخانه های قند تصفیه خام بر پایه اصول زیر انجام می شود:
- استفاده از اصول مکانیکی و فیزیکی برای جداسازی ذرات ریز معلق در شربت خام مثلاً به صورت کاربرد صافی ها.
- استفاده از حرارت به منظور انعقاد و تجمع و بهم چسبیدن برخی از مواد آلی و تبدیل ناخالصیهای محلول در شربت خام به مواد نامحلول و رسوب دادن آنها.
- استفاده از مواد شیمیایی برای تبدیل مواد ناخالصی محلول به مواد نامحلول و رسوب دادن و جداسازی آنها. در این مورد عمده ترین مواد شیمیایی مصرفی، شیر آهک و گاز کربنیک هستند، همچنین کربنات کلسیم پدید آمده حین فرایند نیز به خاصیت جذب سطحی برخی ناخالصیتها را بخود جذب کرده و رسوب می دهد.
- استفاده مجدد از اصول مکانیکی و فیزیکی برای جداسازی ناخالصیهای نامحلول و رسوبات ایجاد شده در مراحل قبل (مثلاً با صاف کردن مجدد).
بنابراین اهداف کلی از تصفیه شربت خام شامل جداسازی مواد معلق، خنثی سازی حالت اسیدی شربت خام و در نهایت جداسازی مواد غیر ساکاروزی موجود در شربت خام تا حد امکان می باشد. مواد غیر ساکاروزی مانعی در کریستالیزاسیون و جداسازی ساکاروز به صورت بلورهای شکر هستند.
تصفیه شیمیایی شربت خام
استفاده از شیر آهک و گاز کربنیک اساس تصفیه شیمیایی را در کارخانه های قند تشکیل می دهد. گرچه روشها و مواد شیمیایی دیگری نیز مانند ترکیبات باریم و استرانسیم مطرح هستند، اما به عقیده دست اندرکاران تولید شکر از چغندر قند, کاربرد شیر آهک و گاز کربنیک از مزایا و خواصی برخوردار است که هنوز به عنوان مناسب ترین و اقتصادی ترین شیوه تصفیه شیمیایی به حساب می اید. موارد زیر به برخی از علل استفاده از این روش اشاره دارد:
- سنگ آهک یا کربنات کلسیم در اغلب مناطق به مقدار فراوان و با قیمت کم در دسترس است.
- تبدیل سنگ آهک به آهک (اکسید کلسیم) و گاز کربنیک و سپس تهیه شیر آهک از آهک نسبتاً ساده وکم هزینه است.
- وقتی شیر اهک به شربت خام وارد می شود می تواند قسمت زیادی از ناخلصیهای معدنی و الی و مواد رنگی محلول در شربت را به صورت نامحلول در آورده و رسوب دهد. از طرف دیگر با ایجاد کریستالهای کربنات کلسیم پس از زدن گاز کربنیک به شربت، خاصیت جذب سطحی این کریستالها موجب جذبل و رسوب کردن مقداری دیگر از ناخالصیها می شود.
- گرچه شیر آهک با مقداری از ساکاروز موجود در شربت خام می تواند ایجد ساکاراتهای کلسیم کند، اما در مرحله کربناسیون هنگامی که به شربت گاز کربنیک زده می شود، ساکاراتهای موجود تجزیه شده و ساکاروز آزاد می شود و آهک حاصل از تجزیه ساکارات نیز به گاز کربنیک ایجاد کربنات کلسیم می کند که با جذب سطحی خود به رسوب ناخالصیها کمک می کند.
- شیر آهک یا هیدرواکسید کلسیم با داشتن حالت قلیایی، محیط شربت خام را از حالت اسیدی خارج کرده و امکان تجزیه مواد قندی را کاهش می دهد.
با توجه به آثار مهمی که آهک ( شیر آهک) در فرایند تصفیه شیمیایی دارد و به دلیل اهمیت تغییرات ترکیبات موجود در شربت خام حین تصفیه شیمیایی، موارد مذکور نیاز به بررسی بیشتر دارد.
اثر آهک و تصفیه شیمیایی بر ترکیبات موجود در شربت خام
ترکیبات اصلی موجود در شربت خام، بسیار مشابه چغندر قند است و شامل موارد زیر است:
- آب
- ساکاروز
- مواد معدنی محلول مانند اکسیدهای پتاسیم، سدیم، منیزیم، آهن، آلومینیوم، فسفاتها، سولفاتها و غیرو.
- مواد آلی بدون ازت محلول مانند اسیدهای اگزالیک، سیتریک و مالیک و قندهای انورت، رافینوز و مواد رنگی مانند ملانین.
- مواد آلی ازت دار محلول مانند اسید آمینه، امیدها، بتائین و مواد رنگی ازت دار مانند ملانوئیدین.
- مواد کلئوئیدی مانند صمغها و پکتین.
اثر آهک تصفیه شیمیایی بر ساکاروز
آهک (CaO) به صورت شیر آهک Ca(OH)2 در مراحل تصفیه مورد استفاده قرار می گیرد یعنی با مخلوط کردن آهک با آب ایجاد سوسپانسیون شیر آهک می شود. اگر محلولی محتوی ساکاروز را در نظر بگیریم و آهک را تدریجاً به آن وارد کنیم، آهک به آهستگی در محلول ساکاروز حل می شود، اما با افزایش مقدار آهک به تدریج به مرحله ای می رسیم که آهک به صورت حل نشده باقی می ماند حل شدن آهک در محلول محتوی ساکاروز بستگی به میزان و چگونگی ترکیب شدن آن با ساکاروز دارد. هر چه مقدار ساکاروز موجود در محلول بیشتر باشد، آهک بیشتری با ساکاروز موجود در آن محلول واکنش داده یا به عبارت دیگر در آن محلول حل می شود. از طرف دیگر حلالیت آهک در محلول محتوی قند، بستگی معکوس با درجه حرارت دارد و هر چه درجه حرارت کمتر باشد مقدار بیشتری آهک در محلول ساکاروز حل می شود. برای مثال محلول محتوی 14 درصد ساکاروز با دمای 40 درجه ساانتیگراد در مقایسه با همان محلول در دمای 80 درجه سانتیگراد، حدود 5 برابر بیشتر قابلیت انحلال آهک دارد.
وقتی آهک به محلول ساکاروز وارد می شود با ترکیب شدن با ساکاروز ایجاد ساکارات یا لیم سوکروز (Saccharate,lime sucrose) می کند، از ساکاراتهای بوجود آمده ساکارات منوکلسیک و ساکارات دی کلسیک( monolime sucroe. Dilime sucrose) محلول و ساکارات تری کلسیک( trilime sucrose) نامحلول است. هر چه مقدار آهک وارد شده به محلول ساکاروز بیشتر باشد و هر چه دمای محلول کمتر باشد، احتمال ایجاد ساکارات تری کلسیک نامحلول بیشتر است.
واکنشهایی که در مراحل بیان شده واقع می شود به صورت زیر هستند:
CaO(Lime)+H2O àCa(OH)2(Lime milk)
Ca(OH)2+C12H22O1àH2O+C12H22O11.CaO(mono lime- sucrose)
واکنش فوق را به صورت دیگری نشان می دهند:
Ca(OH)2+C12H22O11à2H2O+C12H20O11.Ca(monolime-sucrose)
2Ca(OH)2+C12H22O11à2H2O+C12H22O11.2CaO
3(C12H22O11.CaO)à2C12
واکنشهای فوق در مرحله زدن شیر آهک در هنگام تصفیه روی می دهند. البته در مراحل تصفیه شربت خام باید شرایط به گونه ای تنظیم شود که احتمال ایجاد ساکارات تری کلسیک نامحلول کمتر شود (مثلاً با اعمال دمای نسبتاً بالا) و اگر ساکاراتی بوجود ی آید بیشتر از نوع محلول باشد، زیرا این احتمال وجود دارد که ساکارات تری کلسیک در مراحل تصفیه رسوب کرده و ضایعات ساکاروز بخصوص از طریق گلهای صافی افزایش یابد. قابل ذکر است ساکاراتهای پدید آمده در مراحل تصفیه وقتی به مرحله کربناسیون و به شربت آهک خورده، گاز کربنیک دمیده شود، به صورت زیر با گاز کربنیک واکنش داده و ساکاروز آزاد می گردد:
C12H22O11.CaO+CO2àCaCO3+ C12H22O11
بر خلاف مراحل تصفیه شربت خام، در سیستم قند گیری از ملاس استفن باید سعی شود که تا حد امکان ساکاروز موجود در ملاس با واکنش دادن با آهک بیشتر به صورت ساکارات تری کلسیک نامحلول در آمده و رسوب کند و در واقع از ملاس بازیافت شود. برای این منظور در قند گیری از ملاس شرایط عملیات را باید به سمت ایجاد هر چه بیشتر ساکارتهای نامحلول سوق داد( مثلاً با کاهش دما و افزایش نسبت آهک مصرفی).
اثر آهک و تصفیه شیمیایی بر ترکیبات معدنی شربت خام
وقتی آهک با ترکیبات معدنی شربت خام مانند سولفاتها و فسفاتها ترکیب می شود، آنها را به صورت نمکهای کلسیم نامحلول در آورده و آماده رسوب و جداسازی از شربت می سازد، اما مواد مانند یونهای سدیم و پتاسیم به صورت ترکیبات محلول در آمده و ر شربت باقی می مانند. برای مثال اگر قسمتی از فسفاتها و سولفاتهای موجود در شربت خام به صورت ترکیباتی چون فسفات سدیم تا پتاسیم و یا سولفات سدیم یا پتاسیم باشند، وقتی به شربت، آهک زده شود، ابتدا قسمت فسفات و سولفات به حالت فسفات کلسیم و سولفات کلسیم نامحلول رسوب می کند، اما بخش دیگر ترکیبات مذکور به صورت یونهای سدیم و پتاسیم آزاد شده و به حالت محلول در شربت باقی مانده و این توان را دارند که با یونهای هیدروکسید(OH-) موجود در شربت تشکیل ترکیبات محلول و شدیداً قلیایی (KOH,NaOH) بدهند و در واقع قلیائیت شربت را افزایش دهند. چون یونهای سدیم و پتاسیم مذکور از قبل در شربت وجود داشته ودر واقع منبع آنها چغندر قند بوده ، لذا قلیائیت حاصل از آنها را قلیائیت طبیعی(natural alkalinity) می گویند. در حالی که اگر هیدروکسید سدیم یا هیدروکسید پتاسیم و یا سایر ترکیبات قلیایی به صورت مصنوعی در مراحل فرایند به شربت اضافه شود قلیائیت پدید آمده را قلیائیت مصنوعی
تحقیق در مورد تصفیه شربت خام (raw Iuice Purification)