Šećer je jedna od najčešće konzumiranih namirnica na svijetu, uglavnom dobivena od šećerne trske i šećerne repe. Proizvodnja visokokvalitetnog šećera složen je proces koji uključuje više faza: ekstrakciju, bistrenje, isparavanje, kristalizaciju i rafiniranje. U svakoj fazi prerade šećera potrebno je precizno kontrolirati kvalitetu i čistoću šećernog soka. Prirodne nečistoće, poput koloidnih čestica, proteina, pigmenata i mikroorganizama, mogu ozbiljno utjecati na učinkovitost bistrenja, filtracije i kristalizacije.
Kemikalije igraju ključnu ulogu u modernim procesima proizvodnje šećera. Bez odgovarajuće kemijske kontrole, te nečistoće mogu uzrokovati stvaranje kamenca, probleme s bojom i gubitak proizvodnje. Kemikalije za proizvodnju šećera ne samo da povećavaju učinkovitost i proizvodnju, već i poboljšavaju kvalitetu proizvoda, smanjuju potrošnju energije i pomažu tvornicama da ispune standarde zaštite okoliša. Ove kemikalije mogu:
- Poboljšajte učinkovitost bistrenja i učinak odvajanja krutih i tekućih tvari.
- Spriječite rast mikroorganizama u voćnom soku i sirupu.
- Pojačajte učinak obezbojenja bijelog granuliranog šećera visoke čistoće.
- Kontrolirajte stvaranje pjene i kamenca u isparivaču i vakuumskom isparivaču.
Ovaj članak uzima šećernu trsku kao primjer kako bi sveobuhvatno sažeo proces proizvodnje šećera. Također je objašnjeno kako su se različite kemikalije - flokulanti, dezinficijensi, sredstva za uklanjanje boje i sredstva za uklanjanje pjene - primjenjivale u svakoj fazi kako bi se osigurao nesmetan rad i visokokvalitetna proizvodnja šećera.
Proces proizvodnje šećera i primjena kemikalija
Priprema sirovina
Proizvodnja šećera započinje žetvom i pripremom sirovina. Šećerna trska se pere i usitnjava kako bi se uklonila zemlja, kamenje i lišće. U ovoj fazi, ako sok stoji dulje vrijeme, počet će se razmnožavati mikroorganizmi. Kako bi se smanjilo mikrobiološko opterećenje na površini sirovina, spriječila kontaminacija ili kvarenje šećernog soka tijekom procesa saharifikacije, dezinficijensi se ponekad nanose na površinu šećerne trske, vode za skladištenje ili opreme za čišćenje.
| Vrsta dezinfekcijskog sredstva | Preporučena koncentracija | Metoda primjene | Glavne funkcije | Mjere predostrožnosti | Prednosti |
| Natrijev hipoklorit (NaClO) | 50–200 ppm slobodnog klora | Prskanje ili namakanje površine šećerne trske 5-10 minuta | Sterilizacija širokog spektra, smanjuje mikrobno opterećenje | Kontrolirajte koncentraciju (obično 50–200 ppm slobodnog klora). Izbjegavajte prekomjerne zaostale klore u soku kako biste spriječili probleme s bojom ili kristalizacijom. Po potrebi isperite ili ocijedite nakon upotrebe. | Sterilizacija širokog spektra; niska cijena. |
| Natrijev dikloroizocijanurat (SDIC) | 50–150 ppm slobodnog klora | Prskanje ili namakanje površine šećerne trske 5-10 minuta | Visoka stabilnost, jaka učinkovitost sterilizacije | Kontrolirajte slobodni klor kako biste izbjegli utjecaj na kristalizaciju i boju soka. | Stabilniji od natrijevog hipoklorita; visoka učinkovitost; kontrolirani rezidualni klor; široko se koristi u okruženjima za preradu hrane. |
| Vodikov peroksid (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Dodaje se u vodu za čišćenje ili površinsko prskanje | Sterilizacija, bez ostataka, ekološki prihvatljivo | Kontrolna koncentracija; općenito 0,1–0,5% za površinsku obradu. Pažljivo rukujte tijekom rada. | Razgrađuje se bez ostataka; sigurno i ekološki prihvatljivo. |
| Vruća voda / Para | Vruća voda na 80–90°C ili para na 100°C | Ispiranje vrućom vodom ili tretmanom parom 2-5 minuta | Sterilizacija bez dodavanja kemikalija | Visoka potrošnja energije; zahtijeva odgovarajuću opremu; pridržavajte se sigurnosnih mjera opreza. | Bez kemijskih dodataka; smanjuje kemijske ostatke. |
| Dezinfekcija vode za čišćenje postrojenja/objekata | SDIC, 50–100 ppm | Čišćenje opreme, transportnih vozila | Sprječava sekundarnu kontaminaciju | Redovito mijenjajte i pratite koncentraciju slobodnog klora. | — |
Preporučena praksa
Kada šećerna trska uđe u tvornicu, prolazi kroz početno pranje čistom vodom kako bi se uklonila zemlja i nečistoće.
Zatim se provodi površinska dezinfekcija prskanjem SDIC-a niske koncentracije ili natrijevog hipoklorita prema uvjetima.
Izvori vode i oprema za čišćenje tvornice šećera također bi trebali biti redovito dezinficirani kako bi se osigurala cjelokupna higijenska okolina.
Ekstrakcija soka
Nakon prvog koraka čišćenja i dezinfekcije, sljedeći korak je ekstrakcija soka šećerne trske. Sok se obično ekstrahira mehaničkim prešanjem ili difuzijskim sustavima. Ovaj korak uključuje razbijanje tvrde strukture šećerne trske i ekstrakciju soka iz nje.
U većini slučajeva, sokovnik za šećernu trsku sastoji se od tri valjkasta mlina u kombinaciji sa sjeckalicom ili rotirajućim noževima. Nakon što se šećerna trska obradi na jednoj transportnoj traci, ona se prenosi na drugu transportnu traku kako bi se izvuklo još soka. Međutim, prije transporta, prvo se posipa vodom kako bi se dodatno izvuklo sok. Ostatak koji ostane nakon cijeđenja naziva se bagasse.
Sok sadrži topljive i suspendirane nečistoće, uključujući biljna vlakna, proteine, pa čak i čestice tla koje su potpuno isprane. Ove nečistoće moraju se tretirati kako bi se poboljšala učinkovitost naknadnog bistrenja i kristalizacije.
Bistrenje soka šećerne trske
Bistrenje soka najvažniji je korak u ranoj fazi procesa proizvodnje šećera. Cilj je ukloniti nečistoće (poput zemlje, proteina, koloida, organskih kiselina itd.) iz soka šećerne trske i poboljšati njegovu čistoću. Općenito se primjenjuje postupak s vapnom u kombinaciji s metodom flotacije fosforom ili metodom karbonizacije.
Kemijska upotreba
Vapno (CaO)/vapno mlijeko (Ca(OH)2): Neutralizira kisele tvari i taloži nečistoće.
Ugljikov dioksid (CO2) (koristi se u metodi karbonizacije): Reagira s vapnom stvarajući talog kalcijevog karbonata koji adsorbira nečistoće.
Pomoćno sredstvo za flokulaciju/koagulaciju: Pomaže brzom taloženju suspendiranih tvari.
Često korišteni: polialuminijev klorid (PAC), poliakrilamid (PAM) itd.
Sumpor (SO2) ili natrijev sulfit: Igra ulogu u izbjeljivanju, obezbojenju i sterilizaciji kod flotacije fosfora.
Filtracija i predgrijavanje
Nakon bistrenja, sok je potrebno filtrirati kako bi se uklonio talog. Prethodno zagrijavanje soka prije isparavanja je ključno jer pomaže u smanjenju viskoznosti soka i sprječava rast mikroba.
Isparavanje i koncentracija
Voćni sok se zatim koncentrira u sirup pomoću višeefektnog isparivača, smanjujući sadržaj vlage s približno 85% na 30-40%. Vakuumsko isparavanje pomaže u održavanju kvalitete šećera, ali također predstavlja neke operativne izazove:
- Otopljeni proteini i surfaktanti uzrokuju stvaranje pjene.
- Nakupljanje kamenca na površini isparivača.
Kemijske primjene:
Sredstva protiv pjenjenja: Sredstva protiv pjenjenja na bazi silikona za suzbijanje pjene na visokim temperaturama. Sredstva protiv pjenjenja na bazi polietera i masnih alkohola prikladna za sustave voćnih sokova srednje pjene.
Inhibitori/disperzanti kamenca: Sprječavaju stvaranje kalcijevog karbonata ili sulfata u isparivaču.
Učinak: Učinkovita kontrola pjene i sprječavanje nakupljanja kamenca osiguravaju glatko isparavanje, veću učinkovitost prijenosa topline i manje zastoja.
Kristalizacija
Proces kristalizacije u proizvodnji šećera (često u industriji nazivan kuhanjem) ključan je korak u pretvaranju koncentriranog šećernog sirupa u čvrste kristale saharoze. Koncentrirani sirup se kuha u vakuumskom kotlu kako bi se pokrenula kristalizacija šećera. Pravilna kristalizacija je bitna za prinos šećera, veličinu kristala i boju. To je složen fizikalno-kemijski proces osmišljen za kontrolu veličine i ujednačenosti istaloženih kristala saharoze.
U ovom procesu se često koriste sredstva protiv pjenjenja. Sredstva protiv pjenjenja kontroliraju stvaranje pjene tijekom vrenja, sprječavajući prelijevanje sirupa.
Stabilna kristalizacija povećava prinos šećera i smanjuje gubitke tijekom centrifugiranja.
Centrifugiranje i odvajanje
Nakon stvaranja kristala, kristali se odvajaju od melase centrifugom, a zatim suše kroz vruće cijevi. Melasa se može dalje prerađivati za proizvodnju etanola, stočne hrane ili druge namjene.
Dekolorizacija i rafiniranje
Obezbojenje i rafiniranje su završna faza u procesu proizvodnje šećera, koja se prvenstveno koristi u proizvodnji visokočistog, bijelog rafiniranog šećera (kao što je granulirani šećer ili šećer u prahu). Ova faza zahtijeva upotrebu velikih količina kemikalija i adsorbenata.
Često korištene kemikalije uključuju:
Aktivni ugljen (prah ili granule): Apsorbira polifenole, karamelu i druge pigmente.
Smole za uklanjanje boje/ionske izmjenjivačke smole: Uklonite ionske i neionske obojene spojeve.
Vodikov peroksid (H₂O₂): Oksidira preostale pigmente, dodatno posvjetljujući boju sirupa.
Sredstva za uklanjanje boje: Osiguravaju niske ICUMSA vrijednosti i visoku vizualnu kvalitetu.
Gore navedeno opisuje glavne procese i kemijske primjene u industriji šećera.
Prikaz povezanih kemikalija:
Kako se pročišćavaju otpadne vode iz industrije šećera?
Tvornice šećera stvaraju otpadne vode tijekom procesa proizvodnje šećera. Ove otpadne vode su složene kvalitete i imaju visoku razinu onečišćenja, što zahtijeva sustavno pročišćavanje vode prije ispuštanja.
Otpadne vode uglavnom nastaju pranjem sirovina, čišćenjem opreme, otpadnim vodama iz procesa proizvodnje šećera, rashladnom vodom/kondenzatom i ispuštanjem pare iz kotlova. Ove otpadne vode karakteriziraju vrlo visoki KPK i BPK (zbog sadržaja šećera), visoki sadržaj suspendiranih tvari, jaka biorazgradivost, a ponekad sadrže i ulje i mulj. Stoga se za obradu ovih otpadnih voda obično koristi kombinacija procesa - predobrada + koagulacija i sedimentacija + biološka obrada + napredna obrada. Uobičajene metode obrade uključuju fizikalnu obradu (kao što su sedimentacija i filtracija), kemijsku obradu (kao što su koagulacija i neutralizacija) i biološku obradu (kao što su procesi aktivnog mulja i izgrađene močvare).
Koje su kemikalije potrebne za obradu otpadnih voda iz industrije šećera?
Specifični koraci i kemijske primjene su sljedeći:
| Faza liječenja | Svrha | Preporučene kemikalije | Glavne funkcije |
| 1. Pranje sirovina i primarna predobrada | Uklonite pijesak, blato, vlakna, suspendirane tvari | PAC (Polialuminijev klorid) | Brza koagulacija, uklanjanje nečistoća i zamućenja |
| PAM (poliakrilamid) – anionski/neionski | Stvaranje flokula, poboljšava taloženje | ||
| Sredstvo protiv pjenjenja | Kontrolira pjenu koja se stvara tijekom pranja trske i ekstrakcije soka | ||
| 2. Izjednačavanje i podešavanje pH vrijednosti | Stabilizirajte kvalitetu ulazne vode, prilagodite pH za nizvodne procese | Vapno (CaO / Ca(OH)₂) | Povećava pH, djelomično uklanja tvrdoću |
| Natrijev hidroksid (NaOH) | Precizno podešavanje pH | ||
| Sumporna kiselina / Klorovodična kiselina | Snižava pH | ||
| Sredstvo protiv pjenjenja | Smanjuje pjenu u izjednačavajućem bazenu | ||
| 3. Koagulacija i flokulacija (primarna sedimentacija) | Uklonite suspendirane tvari, koloide, boju; smanjite KPK | PAC / PoliDADMAC / Poliamin | Primarni koagulanti za uklanjanje mutnoće i boje |
| PAM (anionski) | Poboljšava čvrstoću flokula i brzinu taloženja | ||
| Koagulantna sredstva (npr. magnezijev silikat) | Poboljšava jasnoću i performanse smirivanja | ||
| 4. Anaerobno biološko pročišćavanje (UASB, EGSB) | Smanjite visoko organsko opterećenje (KPK, BPK) | Nutritivni dodaci (izvori N i P) | Održavanje mikrobne aktivnosti i zdrave biomase |
| Sredstva za podešavanje pH vrijednosti | Održavajte optimalni pH (6,8–7,2) za anaerobne bakterije | ||
| Sredstvo protiv pjenjenja | Suzbija pjenu uzrokovanu bioplinom | ||
| 5. Aerobna obrada (aktivni mulj, SBR) | Dodatno smanjenje KPK-a, BPK-a i amonijaka | Nutritivni dodaci (N i P) | Osigurati mikroorganizmima uravnotežene hranjive tvari |
| Sredstvo protiv pjenjenja | Kontrolira pjenu tijekom aeracije | ||
| Bioenzimi / Mikrobne kulture | Povećava učinkovitost biološke razgradnje | ||
| 6. Napredni tretman (ako se primjenjuju strogi standardi otpusta) | Poboljšajte jasnoću, uklonite preostale COD, SS, boju | Poliamin / PoliDADMAC | Snažno uklanjanje boje i zamućenja |
| PAC | Dodatno uklanjanje nehrđajućeg čelika i koloida | ||
| PAM (visoka molekularna težina) | Završna flokulacija i poliranje | ||
| Aktivni ugljen | Uklanja boju, miris i organske ostatke | ||
| 7. Dezinfekcija i ponovna upotreba vode | Osigurati mikrobnu sigurnost prilikom ispuštanja ili ponovne upotrebe | Kalcijev hipoklorit | Snažna dezinfekcija |
| Natrijev hipoklorit | Uobičajeno online doziranje dezinficijensa | ||
| SDIC (natrijev dikloroizocijanurat) | Stabilno, dugotrajno oslobađanje klora | ||
| TCCA (trikloroizocijanurna kiselina) | Visok sadržaj klora, kloriranje s polaganim otpuštanjem |
Proizvodnja šećera složen je industrijski proces koji zahtijeva preciznu kontrolu u svakoj fazi - od pripreme sirovine i cijeđenja do bistrenja, isparavanja, kristalizacije, rafiniranja i pročišćavanja otpadnih voda. Svaka faza predstavlja svoje izazove, uključujući suspendirane tvari, boju, mikrobnu aktivnost, stvaranje pjene i nakupljanje kamenca. Integracijom odgovarajućih kemikalija u svaku fazu procesa proizvodnje šećera, šećerane mogu povećati proizvodnju, poboljšati kvalitetu kristala, pojačati boju, smanjiti gubitke i smanjiti vrijeme zastoja. Istovremeno, optimizirana kemijska rješenja doprinose zaštiti okoliša učinkovitijim pročišćavanjem otpadnih voda i smanjenjem kemijskog otpada.
Odabir pravog kemijskog partnera omogućuje šećeranama poboljšanje učinkovitosti proizvodnje, osiguranje dosljedne kvalitete proizvoda, produljenje vijeka trajanja opreme i postizanje dugoročne operativne izvrsnosti.