סוכר הוא אחד המזונות הנצרכים ביותר בעולם, המופק בעיקר מקנה סוכר וסלק סוכר. ייצור סוכר איכותי הוא תהליך מורכב הכולל שלבים מרובים: מיצוי, הבהרה, אידוי, התגבשות וזיקוק. בכל שלב של עיבוד הסוכר, יש לשלוט במדויק על איכות וטוהר מיץ הסוכר. זיהומים טבעיים, כגון חלקיקים קולואידים, חלבונים, פיגמנטים ומיקרואורגניזמים, יכולים לפגוע קשות ביעילות ההבהרה, הסינון וההתגבשות.
כימיקלים ממלאים תפקיד מכריע בתהליכי ייצור סוכר מודרניים. ללא בקרה כימית נאותה, זיהומים אלה עלולים לגרום להיווצרות אבנית, בעיות צבע ואובדן תפוקה. כימיקלים לייצור סוכר לא רק משפרים את היעילות והתפוקה, אלא גם משפרים את איכות המוצר, מפחיתים את צריכת האנרגיה ועוזרים למפעלים לעמוד בתקני הגנת הסביבה. כימיקלים אלה יכולים:
- שפר את יעילות ההבהרה ואת אפקט ההפרדה בין מוצק לנוזל.
- למנוע את צמיחתם של מיקרואורגניזמים במיץ פירות וסירופ.
- שפר את אפקט דהיית הצבע של סוכר לבן מגורען בעל טוהר גבוה.
- לשלוט על היווצרות קצף ואבנית במאייד ובמאייד הוואקום.
מאמר זה לוקח קנה סוכר כדוגמה כדי לסכם באופן מקיף את תהליך ייצור הסוכר. כמו כן, הוא מסביר כיצד כימיקלים שונים - חומרי פלוקולנט, חומרי חיטוי, חומרי הסרת צבע ומסירי קצף - יושמו בכל שלב כדי להבטיח פעולה חלקה וייצור סוכר באיכות גבוהה.
תהליך ייצור סוכר ויישום כימיקלים
הכנת חומרי גלם
ייצור הסוכר מתחיל בקציר ובהכנת חומרי הגלם. קנה הסוכר נשטף ונקצץ כדי להסיר אדמה, אבנים ועלים. בשלב זה, אם המיץ נשאר לעמוד זמן רב, הוא יתחיל להתרבות מיקרואורגניזמים. כדי להפחית את העומס המיקרוביאלי על פני חומרי הגלם, למנוע זיהום או קלקול של מיץ הסוכר במהלך תהליך ההסכריפיקציה, לעיתים מורחים חומרי חיטוי על פני קנה הסוכר, מי אחסון או ציוד ניקוי.
| סוג חומר חיטוי | ריכוז מומלץ | שיטת יישום | פונקציות עיקריות | אמצעי זהירות | יתרונות |
| נתרן היפוכלוריט (NaClO) | 50–200 ppm כלור חופשי | ריסוס או השריית משטח קנה הסוכר למשך 5-10 דקות | עיקור רחב טווח, מפחית עומס מיקרוביאלי | ריכוז בקרה (בדרך כלל 50-200 ppm כלור חופשי). יש להימנע משאריות כלור מוגזמות במיץ כדי למנוע בעיות צבע או התגבשות. יש לשטוף או לסנן לאחר השימוש במידת הצורך. | סטריליזציה רחבת טווח; עלות נמוכה. |
| נתרן דיכלורואיזוציאנורט (SDIC) | 50–150 ppm כלור חופשי | ריסוס או השריית משטח קנה הסוכר למשך 5-10 דקות | יציבות גבוהה, יעילות עיקור חזקה | שלטו בכלור חופשי כדי למנוע פגיעה בגיבוש וצבע המיץ. | יציב יותר מנתרן היפוכלוריט; יעילות גבוהה; כלור שיורי מבוקר; בשימוש נרחב בסביבות עיבוד מזון. |
| מי חמצן (H₂O₂) | 0.1%–0.5% | נוסף למי ניקוי או ריסוס משטחים | עיקור, ללא שאריות, ידידותי לסביבה | ריכוז בקרה; בדרך כלל 0.1-0.5% לטיפול פני השטח. יש לטפל בזהירות במהלך הפעולה. | מתפרק ללא שאריות; בטוח וידידותי לסביבה. |
| מים חמים / קיטור | מים חמים בטמפרטורה של 80-90 מעלות צלזיוס או קיטור בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס | שטיפה במים חמים או טיפול באדים במשך 2-5 דקות | עיקור ללא תוספת כימית | צריכת אנרגיה גבוהה; דורש ציוד מתאים; יש להקפיד על אמצעי זהירות. | ללא תוספים כימיים; מפחית שאריות כימיות. |
| ניקוי מפעל/מתקן וחיטוי מים | SDIC, 50–100 ppm | ניקוי ציוד, כלי רכב להובלה | מונע זיהום משני | החלף באופן קבוע ובדוק את ריכוז הכלור החופשי. | — |
נוהג מומלץ
כאשר קנה סוכר נכנס למפעל, הוא עובר שטיפה ראשונית במים נקיים כדי להסיר לכלוך וזיהומים.
לאחר מכן, חיטוי משטחים מתבצע על ידי ריסוס SDIC בריכוז נמוך או נתרן היפוכלוריט בהתאם לתנאים.
יש לחטא באופן קבוע את מקורות המים וציוד הניקוי של מפעל הסוכר כדי להבטיח סביבה היגיינית כללית.
מיצוי מיץ
לאחר השלב הראשון של ניקוי וחיטוי. השלב הבא הוא הפקת מיץ קנה סוכר. המיץ מופק בדרך כלל באמצעות כבישה מכנית או מערכות דיפוזיה. שלב זה כרוך בשבירת המבנה הקשה של קנה הסוכר ובחילוץ המיץ ממנו.
ברוב המקרים, מסחטת קנה סוכר מורכבת משלוש טחנות גלילים בשילוב עם קוצץ או להבים מסתובבים. לאחר עיבוד קנה הסוכר על מסוע אחד, הוא יועבר למסוע אחר כדי להפיק עוד מיץ. עם זאת, לפני ההובלה, יפוזרו מים תחילה כדי להפיק עוד יותר מיץ. השאריות שנותרות לאחר הסחיטה נקראות בגאסה.
מיץ מכיל זיהומים מסיסים ומרחפים, כולל סיבים צמחיים, חלבונים ואפילו חלקיקי אדמה שנשטפו לחלוטין. יש לטפל בזיהומים אלה כדי לשפר את יעילות ההבהרה והגיבוש שלאחר מכן.
הבהרת מיץ קנה סוכר
ניקוי מיץ הוא השלב החשוב ביותר בשלב המוקדם של תהליך ייצור הסוכר. המטרה היא להסיר זיהומים (כגון אדמה, חלבון, קולואיד, חומצה אורגנית וכו') ממיץ קנה הסוכר ולשפר את טוהר שלו. בדרך כלל, נעשה שימוש בתהליך הסיד, בשילוב עם שיטת ציפת הזרחן או שיטת הקרבונציה.
שימוש כימי
ליים (CaO)/חלב ליים (Ca(OH)2): מנטרל חומרים חומציים ופולט זיהומים.
פחמן דו-חמצני (CO2) (משמש בשיטת הקרבונטציה): מגיב עם סיד ליצירת משקע סידן פחמתי, אשר סופג זיהומים.
חומר עזר להקפאה/קרישה: מסייע לשקיעה מהירה של מוצקים מרחפים.
בשימוש נפוץ: פוליאלומיניום כלוריד (PAC), פוליאקרילאמיד (PAM) וכו'.
גופרית (SO2) או נתרן סולפיט: הוא ממלא תפקיד בהלבנה, דהיית צבע ועיקור בצפיפות זרחן.
סינון וחימום מוקדם
לאחר ההבהרה, יש לסנן את המיץ כדי להסיר משקעים. חימום מוקדם של המיץ לפני האידוי הוא קריטי, שכן הוא מסייע בהפחתת צמיגות המיץ ומונע צמיחה מיקרוביאלית.
אידוי וריכוז
לאחר מכן, מיץ הפרי מרוכז לסירופ באמצעות מאייד רב-אפקטי, מה שמפחית את תכולת הלחות מכ-85% ל-30-40%. אידוי בוואקום מסייע בשמירה על איכות הסוכר, אך הוא גם מציג כמה אתגרים תפעוליים:
- חלבונים מומסים וחומרים פעילי שטח גורמים להיווצרות קצף.
- הצטברות אבנית על פני המאייד.
יישומים כימיים:
מסירי קצף: מסירי קצף על בסיס סיליקון לדיכוי קצף בטמפרטורה גבוהה. מסירי קצף על בסיס פוליאתר ואלכוהול שומני המתאימים למערכות מיצי פירות בעלי קצף בינוני.
מעכבי/מפזרי אבנית: מונעים היווצרות אבנית סידן פחמתי או גופרתי במאייד.
השפעה: בקרת קצף יעילה ומניעת אבנית מבטיחים אידוי חלק, יעילות העברת חום גבוהה יותר ופחות זמן השבתה.
הִתגַבְּשׁוּת
תהליך הגיבוש בייצור סוכר (המכונה לעתים קרובות בתעשייה הרתחה) הוא שלב מכריע בהמרת סירופ סוכר מרוכז לגבישי סוכרוז מוצקים. הסירופ המרוכז מבושל בקומקום ואקום כדי להתחיל את התגבשות הסוכר. גיבוש נכון חיוני לתפוקת הסוכר, גודל הגביש וצבעו. זהו תהליך פיזיקוכימי מורכב שנועד לשלוט בגודל ובאחידות של גבישי הסוכרוז המשקעים.
בתהליך זה משתמשים לעתים קרובות במניעת קצף. מניעתי קצף שולטים ביצירת קצף במהלך הרתיחה, ומונעים הצפת סירופ.
התגבשות יציבה מגדילה את תפוקת הסוכר ומפחיתה הפסדים במהלך צנטריפוגה.
צנטריפוגה והפרדה
לאחר היווצרות הגבישים, הגבישים מופרדים מהמולסה באמצעות צנטריפוגה ולאחר מכן מיובשים דרך צינורות חמים. ניתן לעבד את המולסה עוד יותר לייצור אתנול, מזון לבעלי חיים או שימושים אחרים.
דהיית צבע וזיקוק
הסרת צבע וזיקוק הם השלב הסופי בתהליך ייצור הסוכר, המשמש בעיקר לייצור סוכר לבן מזוקק בעל טהרה גבוהה (כגון סוכר מגורען או סוכר סלעי). שלב זה דורש שימוש בכמויות גדולות של כימיקלים וסופחים.
כימיקלים נפוצים כוללים:
פחם פעיל (אבקה או גרגירים): סופג פוליפנולים, קרמל ופיגמנטים אחרים.
הסרת צבע של שרפים/שרפי חילוף יונים: הסרת תרכובות צבעוניות יוניות ולא יוניות.
מי חמצן (H₂O₂): מחמצן את הפיגמנטים הנותרים, ומבהיר עוד יותר את צבע הסירופ.
חומרי הסרת צבע: יש להבטיח ערכי ICUMSA נמוכים ואיכות ויזואלית גבוהה.
האמור לעיל מתאר את התהליכים העיקריים והיישומים הכימיים בתעשיית הסוכר.
תצוגת כימיקלים קשורים:
כיצד מטפלים בשפכים מתעשיית הסוכר?
מפעלי סוכר מייצרים שפכים במהלך תהליך ייצור הסוכר. שפכים אלה מורכבים באיכותם ובעלי עומס זיהום גבוה, הדורשים טיפול שיטתי במים לפני הפליטה.
השפכים מגיעים בעיקר משטיפת חומרי גלם, ניקוי ציוד, שפכים מתהליך ייצור סוכר, מי קירור/מעובה ופינוי דוודים. שפכים אלה מאופיינים ב-COD ו-BOD גבוהים מאוד (בשל תכולת הסוכר), תכולת מוצקים מרחפים גבוהה, התכלות ביולוגית חזקה, ולעיתים מכילים נפט וסחף. לכן, שילוב של תהליכים - טיפול מקדים + קרישה ושיקוע + טיפול ביולוגי + טיפול מתקדם - משמש בדרך כלל לטיפול בשפכים אלה. שיטות טיפול נפוצות כוללות טיפול פיזי (כגון שיקוע וסינון), טיפול כימי (כגון קרישה ונטרול) וטיפול ביולוגי (כגון תהליכי בוצה פעילה ובתי ביצה בנויות).
אילו כימיקלים נדרשים לטיפול בשפכים מתעשיית הסוכר?
השלבים הספציפיים והיישומים הכימיים הם כדלקמן:
| שלב הטיפול | מַטָרָה | כימיקלים מומלצים | פונקציות עיקריות |
| 1. שטיפת חומרי גלם וטיפול מקדים ראשוני | הסר חול, בוץ, סיבים, מוצקים מרחפים | PAC (פוליאלומיניום כלוריד) | קרישה מהירה, הסרת SS ועכירות |
| PAM (פוליאקרילאמיד) – אניוני/לא יוני | היווצרות פלודים, משפרת שקיעת חומרים | ||
| מסיר קצף | שולט בקצף שנוצר במהלך שטיפת מקלות קנים וסחיטת מיץ | ||
| 2. איזון והתאמת pH | ייצוב איכות הזרימה, התאמת רמת החומציות (pH) לתהליכים במורד הזרם | סיד (CaO / Ca(OH)₂) | מעלה את ה-pH, מסיר קשיות חלקית |
| נתרן הידרוקסיד (NaOH) | כוונון pH מדויק | ||
| חומצה גופרתית / חומצה הידרוכלורית | מוריד את ה-pH | ||
| מסיר קצף | מפחית קצף באגן האיזון | ||
| 3. קרישה והפלקולציה (שקיעה ראשונית) | הסרת מוצקים מרחפים, קולואידים, צבע; הפחתת COD | PAC / PolyDADMAC / פוליאמין | קרישי דם ראשוניים לעכירות והסרת צבע |
| PAM (אניוני) | משפר את חוזק הפלוצים ואת מהירות השקיעה | ||
| עזרי קרישה (למשל, מגנזיום סיליקט) | משפר את הבהירות ואת ביצועי ההתייצבות | ||
| 4. טיפול ביולוגי אנאירובי (UASB, EGSB) | הפחתת עומס אורגני גבוה (COD, BOD) | תוספי תזונה (מקורות חנקן ופלסטר) | שמירה על פעילות מיקרוביאלית וביומסה בריאה |
| מתאמי pH | שמירה על pH אופטימלי (6.8-7.2) עבור חיידקים אנאירוביים | ||
| מסיר קצף | מדכא קצף הקשור לביוגז | ||
| 5. טיפול אירובי (בוצה פעילה, SBR) | הפחתה נוספת של COD, BOD ואמוניה | תוספי תזונה (N ו-P) | לספק חומרים מזינים מאוזנים למיקרואורגניזמים |
| מסיר קצף | שולט בקצף במהלך האוורור | ||
| ביו-אנזימים / תרביות מיקרוביאליות | משפר את יעילות הפירוק הביולוגי | ||
| 6. טיפול מתקדם (אם חלים סטנדרטים מחמירים של שחרור) | שפר את הבהירות, הסרת שאריות COD, SS וצבע | פוליאמין / פולי-דאמק | הסרת צבע חזקה והסרת עכירות |
| PAC | הסרת SS וקולואידים נוספים | ||
| PAM (משקל מולקולרי גבוה) | פלוקולציה וליטוש סופיים | ||
| פחם פעיל | מסיר צבע, ריח ושאריות אורגניות | ||
| 7. חיטוי ושימוש חוזר במים | להבטיח בטיחות מיקרוביאלית בעת פריקה או שימוש חוזר | סידן היפוכלוריט | חיטוי עוצמתי |
| נתרן היפוכלוריט | חומר חיטוי נפוץ למינון מקוון | ||
| SDIC (נתרן דיכלורואיזוציאנורט) | שחרור כלור יציב לאורך זמן | ||
| TCCA (חומצה טריכלורואיזוציאנורית) | תכולת כלור גבוהה, כלור בשחרור איטי |
ייצור סוכר הוא תהליך תעשייתי מורכב הדורש בקרה מדויקת בכל שלב - החל מהכנת חומרי הגלם והסחיטה ועד להבהרה, אידוי, התגבשות, זיקוק וטיפול בשפכים. כל שלב מציג אתגרים משלו, כולל מוצקים מרחפים, צבע, פעילות מיקרוביאלית, היווצרות קצף והצטברות אבנית. על ידי שילוב כימיקלים מתאימים בכל שלב בתהליך ייצור הסוכר, מפעלי סוכר יכולים להגדיל את התפוקה, לשפר את איכות הגביש, לשפר את הצבע, להפחית הפסדים ולמזער את זמן ההשבתה. בו זמנית, פתרונות כימיים אופטימליים תורמים להגנה על הסביבה באמצעות טיפול יעיל יותר בשפכים והפחתת פסולת כימית.
בחירת השותף הכימי הנכון מאפשרת למפעלי סוכר לשפר את יעילות הייצור, להבטיח איכות מוצר עקבית, להאריך את תוחלת החיים של הציוד ולהשיג מצוינות תפעולית לטווח ארוך.