Sokeri on yksi maailman kulutetuimmista elintarvikkeista, ja se on peräisin pääasiassa sokeriruokosta ja sokerijuurikkaasta. Korkealaatuisen sokerin tuotanto on monimutkainen prosessi, johon kuuluu useita vaiheita: uuttaminen, kirkastaminen, haihduttaminen, kiteyttäminen ja puhdistaminen. Sokerinkäsittelyn jokaisessa vaiheessa sokerimehun laatua ja puhtautta on valvottava tarkasti. Luonnolliset epäpuhtaudet, kuten kolloidiset hiukkaset, proteiinit, pigmentit ja mikro-organismit, voivat vakavasti vaikuttaa kirkastamisen, suodattamisen ja kiteyttämisen tehokkuuteen.
Kemikaaleilla on ratkaiseva rooli nykyaikaisissa sokerinvalmistusprosesseissa. Ilman asianmukaista kemikaalien torjuntaa nämä epäpuhtaudet voivat aiheuttaa kalkkikertymiä, väriongelmia ja tuotantohävikkiä. Sokerinvalmistuskemikaalit eivät ainoastaan paranna tehokkuutta ja tuotantoa, vaan myös parantavat tuotteiden laatua, vähentävät energiankulutusta ja auttavat tehtaita täyttämään ympäristönsuojelustandardit. Nämä kemikaalit voivat:
- Parantaa selkeytystehokkuutta ja kiinteän ja nestemäisen aineen erotusvaikutusta.
- Estää mikro-organismien kasvua hedelmämehussa ja siirapissa.
- Paranna erittäin puhtaan valkoisen rakeistetun sokerin värjäytymisvaikutusta.
- Hallitse vaahdon ja kattilakiven muodostumista höyrystimessä ja tyhjiöhaihduttimessa.
Tässä artikkelissa käytetään esimerkkinä sokeriruokoa, jotta sokerinvalmistusprosessi saadaan kattavasti tiivistettyä. Siinä selitettiin myös, miten erilaisia kemikaaleja – flokkulantteja, desinfiointiaineita, värinpoistoaineita ja vaahdonestoaineita – käytettiin kussakin vaiheessa sujuvan toiminnan ja korkealaatuisen sokerintuotannon varmistamiseksi.
Sokerin tuotantoprosessi ja kemikaalien käyttö
Raaka-aineiden valmistelu
Sokerin tuotanto alkaa raaka-aineiden korjuulla ja valmistelulla. Sokeriruoko pestään ja pilkotaan mullan, kivien ja lehtien poistamiseksi. Tässä vaiheessa, jos mehu jätetään seisomaan pitkäksi aikaa, siihen alkaa lisääntyä mikro-organismeja. Raaka-aineiden pinnan mikrobikuorman vähentämiseksi ja sokerimehun saastumisen tai pilaantumisen estämiseksi sakkarointiprosessin aikana sokeriruokopinnan, varastoveden tai puhdistuslaitteiden pinnalle levitetään joskus desinfiointiaineita.
| Desinfiointiaineen tyyppi | Suositeltu pitoisuus | Levitysmenetelmä | Päätoiminnot | Varotoimenpiteet | Edut |
| Natriumhypokloriitti (NaClO) | 50–200 ppm vapaata klooria | Sokeriruokopinnan suihkuttaminen tai liottaminen 5–10 minuuttia | Laajakirjoinen sterilointi, vähentää mikrobikuormaa | Kontrolli pitoisuutta (yleensä 50–200 ppm vapaata klooria). Vältä liiallista kloorijäämää mehussa väri- tai kiteytymisongelmien välttämiseksi. Huuhtele tai valuta mehu käytön jälkeen tarvittaessa. | Laajakirjoinen sterilointi; edullinen. |
| Natriumdikloori-isosyanuraatti (SDIC) | 50–150 ppm vapaata klooria | Sokeriruokopinnan suihkuttaminen tai liottaminen 5–10 minuuttia | Korkea stabiilius, vahva sterilointitehokkuus | Hallitse vapaata klooria, jotta se ei vaikuta mehun kiteytymiseen ja väriin. | Vakaampi kuin natriumhypokloriitti; korkea hyötysuhde; kontrolloitu jäännöskloori; laajalti käytetty elintarvikkeiden jalostusympäristöissä. |
| Vetyperoksidi (H₂O₂) | 0,1–0,5 % | Lisätään puhdistusveteen tai pintaruiskutukseen | Sterilointi, ei jäämiä, ympäristöystävällinen | Kontrollipitoisuus; yleensä 0,1–0,5 % pintakäsittelyssä. Käsittele varoen käytön aikana. | Hajoaa ilman jäämiä; turvallinen ja ympäristöystävällinen. |
| Kuuma vesi / höyry | Kuuma vesi 80–90 °C:ssa tai höyry 100 °C:ssa | Huuhtele kuumalla vedellä tai höyrykäsittelyllä 2–5 minuuttia | Sterilointi ilman kemikaalien lisäystä | Korkea energiankulutus; vaatii asianmukaiset laitteet; noudata turvaohjeita. | Ei kemiallisia lisäaineita; vähentää kemikaalijäämiä. |
| Laitoksen/laitoksen puhdistus Veden desinfiointi | SDIC, 50–100 ppm | Laitteiden ja kuljetusajoneuvojen puhdistus | Estää toissijaisen kontaminaation | Vaihda säännöllisesti ja seuraa vapaan kloorin pitoisuutta. | — |
Suositeltu käytäntö
Kun sokeriruoko saapuu tehtaalle, se pestään ensin puhtaalla vedellä mullan ja epäpuhtauksien poistamiseksi.
Sitten pinnan desinfiointi suoritetaan suihkuttamalla matalapitoista SDIC:tä tai natriumhypokloriittia olosuhteiden mukaan.
Sokeritehtaan vesilähteet ja puhdistuslaitteet tulisi myös desinfioida säännöllisesti yleisen hygieenisen ympäristön varmistamiseksi.
Mehun uuttaminen
Ensimmäisen puhdistus- ja desinfiointivaiheen jälkeen seuraava vaihe on sokeriruokomehun uuttaminen. Mehu uutetaan yleensä mekaanisella puristuksella tai diffuusiojärjestelmillä. Tässä vaiheessa sokeriruoko kovan rakenteen rikkominen ja mehun uuttaminen siitä.
Useimmissa tapauksissa sokeriruokomehupuristin koostuu kolmesta valssimyllystä sekä silppuajasta tai pyörivistä teristä. Kun sokeriruoko on käsitelty yhdellä kuljetinhihnalla, se kuljetetaan toiselle kuljetinhihnalle lisää mehun erottamiseksi. Ennen kuljetusta siihen kuitenkin sirotellaan ensin vettä mehun erottamiseksi. Mehustuksen jälkeen jäljelle jäävää jäännöstä kutsutaan bagassiksi.
Mehu sisältää liukoisia ja suspendoitunutta epäpuhtautta, kuten kasvikuituja, proteiineja ja jopa kokonaan pois huuhtoutuneita maahiukkasia. Nämä epäpuhtaudet on käsiteltävä myöhemmän kirkastumisen ja kiteytymisen tehokkuuden parantamiseksi.
Sokeriruokomehun kirkastaminen
Mehun kirkastaminen on sokerinvalmistusprosessin alkuvaiheen tärkein vaihe. Tavoitteena on poistaa epäpuhtaudet (kuten maaperä, proteiini, kolloidi, orgaaninen happo jne.) sokeriruokomehusta ja parantaa sen puhtautta. Yleensä käytetään kalkkiprosessia yhdistettynä fosforivaahdotusmenetelmään tai karbonointimenetelmään.
Kemiallinen käyttö
Kalkki (CaO)/kalkkimaito (Ca(OH)2): Neutraloi happamia aineita ja saostaa epäpuhtauksia.
Hiilidioksidi (CO2) (käytetään karbonointimenetelmässä): Reagoi kalkin kanssa muodostaen kalsiumkarbonaattisakkaa, joka adsorboi epäpuhtauksia.
Flokkulantti/koagulantti: Auttaa suspendoituneita kiinteitä aineita laskeutumaan nopeasti.
Yleisesti käytettyjä: Polyalumiinikloridi (PAC), polyakryyliamidi (PAM) jne.
Rikki (SO2) tai natriumsulfiittia: Sillä on rooli valkaisussa, värinpoistossa ja steriloinnissa fosforiflotaation aikana.
Suodatus ja esilämmitys
Kirkastuksen jälkeen mehu on suodatettava sakkauman poistamiseksi. Mehun esilämmittäminen ennen haihduttamista on ratkaisevan tärkeää, koska se auttaa vähentämään mehun viskositeettia ja estää mikrobien kasvua.
Haihtuminen ja väkevöinti
Hedelmämehu väkevöidään sitten siirapiksi monitoimihaihduttimella, jolloin kosteuspitoisuus laskee noin 85 prosentista 30–40 prosenttiin. Tyhjiöhaihdutus auttaa ylläpitämään sokerin laatua, mutta se aiheuttaa myös joitakin toiminnallisia haasteita:
- Liuenneet proteiinit ja pinta-aktiiviset aineet aiheuttavat vaahdon muodostumista.
- Höyrystimen pinnalle kertyy kalkkia.
Kemialliset sovellukset:
Vaahdonestot: Silikonipohjaiset vaahdonestoaineet korkean lämpötilan vaahdonestoon. Polyeetteri- ja rasva-alkoholipohjaiset vaahdonestoaineet sopivat keskivaahtoisiin hedelmämehujärjestelmiin.
Kalkinestoaineet/dispergointiaineet: Estävät kalsiumkarbonaatti- tai sulfaattikalkin muodostumisen höyrystimeen.
Vaikutus: Tehokas vaahdonesto ja kalkinpoisto takaavat tasaisen haihtumisen, paremman lämmönsiirtotehokkuuden ja lyhyemmät seisokkiajat.
Kiteytys
Sokerintuotannon kiteytysprosessi (jota teollisuudessa usein kutsutaan keittämiseksi) on ratkaiseva vaihe väkevöidyn sokerisiirapin muuntamisessa kiinteiksi sakkaroosikiteiksi. Väkevöityä siirappia keitetään tyhjiökattilassa sokerin kiteytymisen aloittamiseksi. Oikea kiteytyminen on välttämätöntä sokerisaannon, kiteiden koon ja värin kannalta. Tämä on monimutkainen fysikaalis-kemiallinen prosessi, jonka tarkoituksena on kontrolloida saostuneiden sakkaroosikiteiden kokoa ja tasaisuutta.
Tässä prosessissa käytetään usein vaahdonestoaineita. Vaahdonmuodostusta kontrolloidaan kiehumisen aikana estäen siirapin ylivuodon.
Vakaa kiteytyminen lisää sokerin saantoa ja vähentää häviöitä sentrifugoinnin aikana.
Sentrifugointi ja erottelu
Kiteiden muodostumisen jälkeen kiteet erotetaan melassista sentrifugilla ja kuivataan sitten kuumien putkien läpi. Melassia voidaan edelleen käsitellä etanolin, eläinten rehun tai muiden käyttötarkoitusten tuotantoon.
Värinpoisto ja jalostus
Värinpoisto ja puhdistus on sokerinvalmistusprosessin viimeinen vaihe, jota käytetään pääasiassa erittäin puhtaan, valkoisen puhdistetun sokerin (kuten kidesokerin tai kivisokerin) tuotannossa. Tässä vaiheessa käytetään suuria määriä kemikaaleja ja adsorbentteja.
Yleisesti käytettyihin kemikaaleihin kuuluvat:
Aktiivihiili (jauhe tai rakeet): Adsorboi polyfenoleja, karamellia ja muita pigmenttejä.
Värinpoistohartsit/ioninvaihtohartsit: Poistaa ionisia ja ionittomia väriyhdisteitä.
Vetyperoksidi (H₂O₂): Hapettaa jäljellä olevat pigmentit ja vaalentaa siirapin väriä entisestään.
Värinpoistoaineet: Varmistavat alhaiset ICUMSA-arvot ja korkean visuaalisen laadun.
Yllä olevassa esitetään sokeriteollisuuden tärkeimmät prosessit ja kemikaalien sovellukset.
Aiheeseen liittyvien kemikaalien näyttö:
Miten sokeriteollisuuden jätevedet käsitellään?
Sokeritehtaat tuottavat jätevettä sokerintuotantoprosessin aikana. Tämä jätevesi on laadultaan monimutkaista ja sillä on suuri saastekuorma, mikä vaatii järjestelmällistä vedenkäsittelyä ennen sen päästämistä vesistöön.
Jätevesi on peräisin pääasiassa raaka-aineiden pesusta, laitteiden puhdistuksesta, sokerintuotantoprosessien jätevesistä, jäähdytysvedestä/lauhteesta ja kattilan puhalluksesta. Näille jätevesille on ominaista erittäin korkea kemiallinen hapenkulutus (COD) ja biologinen hapenkulutus (BOD) (sokeripitoisuuden vuoksi), korkea kiintoainepitoisuus, voimakas biohajoavuus ja ne sisältävät joskus öljyä ja lietettä. Siksi näiden jätevesien käsittelyyn käytetään tyypillisesti prosessien yhdistelmää – esikäsittely + koagulaatio ja laskeutus + biologinen käsittely + edistynyt käsittely. Yleisiä käsittelymenetelmiä ovat fysikaalinen käsittely (kuten laskeutus ja suodatus), kemiallinen käsittely (kuten koagulaatio ja neutralointi) ja biologinen käsittely (kuten aktiivilieteprosessit ja rakennetut kosteikot).
Mitä kemikaaleja tarvitaan sokeriteollisuuden jätevesien käsittelyyn?
Tarkat vaiheet ja kemikaalien sovellukset ovat seuraavat:
| Hoitovaihe | Tarkoitus | Suositellut kemikaalit | Päätoiminnot |
| 1. Raaka-aineiden pesu ja ensisijainen esikäsittely | Poista hiekka, muta, kuidut ja suspendoituneet kiinteät aineet | PAC (polyalumiinikloridi) | Nopea koagulaatio, SS:n ja sameuden poisto |
| PAM (polyakryyliamidi) – anioninen/ei-ioninen | Flokin muodostuminen, tehostaa laskeutumista | ||
| Vaahdonestoaine | Hillitsee ruokopesun ja mehunpuristuksen aikana syntyvää vaahtoa | ||
| 2. Tasapainotus ja pH-säätö | Vakauttaa sisääntulevan veden laadun, säätää pH:ta jatkoprosesseissa | Kalkki (CaO / Ca(OH)₂) | Nostaa pH-arvoa, poistaa osittain kovuutta |
| Natriumhydroksidi (NaOH) | Tarkka pH-säätö | ||
| Rikkihappo / suolahappo | Alentaa pH-arvoa | ||
| Vaahdonestoaine | Vähentää vaahtoa tasausaltaassa | ||
| 3. Koagulaatio ja flokkulaatio (ensisijainen sedimentaatio) | Poista kiintoaineet, kolloidit ja väriaineet; vähennä kemiallista hapenkulutusta | PAC / PolyDADMAC / Polyamiini | Primaariset koagulantit sameuden ja värin poistoon |
| PAM (anioninen) | Parantaa flokin lujuutta ja laskeutumisnopeutta | ||
| Veren hyytymistä edistävät aineet (esim. magnesiumsilikaatti) | Parantaa selkeyttä ja tasapainoa | ||
| 4. Anaerobinen biologinen käsittely (UASB, EGSB) | Vähennä suurta orgaanista kuormitusta (COD, BOD) | Ravintolisät (N- ja P-lähteet) | Ylläpidä mikrobitoimintaa ja tervettä biomassaa |
| pH-säätimet | Pidä pH optimaalisena (6,8–7,2) anaerobisille bakteereille | ||
| Vaahdonestoaine | Tukahduttaa biokaasuun liittyvää vaahtoamista | ||
| 5. Aerobinen käsittely (aktiiviliete, SBR) | Vähennä entisestään COD:tä, BOD:tä ja ammoniakkia | Ravintolisät (N ja P) | Tarjoaa mikro-organismeille tasapainoisia ravinteita |
| Vaahdonestoaine | Hallitsee vaahtoamista ilmastuksen aikana | ||
| Bioentsyymit / Mikrobiviljelmät | Parantaa biologisen hajoamisen tehokkuutta | ||
| 6. Edistynyt hoito (jos sovelletaan tiukkoja kotiutusvaatimuksia) | Paranna kirkkautta, poista jäännöspolttoainetta, ruostumatonta terästä ja väriä | Polyamiini / PolyDADMAC | Voimakas värinpoisto ja sameuden poisto |
| PAC | Lisäsuola- ja kolloidinpoisto | ||
| PAM (korkea molekyylipaino) | Lopullinen saostus ja kiillotus | ||
| Aktiivihiili | Poistaa värin, hajun ja orgaaniset jäämät | ||
| 7. Desinfiointi ja veden uudelleenkäyttö | Varmista mikrobiturvallisuus hävitettäväksi tai uudelleenkäytettäväksi | Kalsiumhypokloriitti | Tehokas desinfiointi |
| Natriumhypokloriitti | Yleinen verkkoannosteludesinfiointiaine | ||
| SDIC (natriumdikloori-isosyanuraatti) | Vakaa ja pitkäkestoinen kloorin vapautuminen | ||
| TCCA (trikloori-isosyanuurihappo) | Korkea klooripitoisuus, hitaasti vapautuva klooraus |
Sokerintuotanto on monimutkainen teollinen prosessi, joka vaatii tarkkaa hallintaa jokaisessa vaiheessa – raaka-aineiden valmistelusta ja mehustamisesta kirkastamiseen, haihduttamiseen, kiteyttämiseen, jauhatukseen ja jäteveden käsittelyyn. Jokaisessa vaiheessa on omat haasteensa, kuten suspendoituneet kiinteät aineet, väri, mikrobitoiminta, vaahdon muodostuminen ja kalkkikertymät. Yhdistämällä sopivia kemikaaleja sokerintuotantoprosessin jokaiseen vaiheeseen sokerimyllyt voivat lisätä tuotantoa, parantaa kiteiden laatua, parantaa väriä, vähentää hävikkiä ja minimoida seisokkiaikoja. Samanaikaisesti optimoidut kemikaaliratkaisut edistävät ympäristönsuojelua tehokkaamman jäteveden käsittelyn ja kemikaalijätteen vähenemisen kautta.
Oikean kemikaalikumppanin valinta auttaa sokeritehtaita parantamaan tuotantotehokkuutta, varmistamaan tasaisen tuotteen laadun, pidentämään laitteiden käyttöikää ja saavuttamaan pitkän aikavälin toiminnan erinomaisuutta.