Cukr je jednou z nejrozšířenějších potravin na světě, pochází převážně z cukrové třtiny a cukrové řepy. Výroba vysoce kvalitního cukru je složitý proces zahrnující několik fází: extrakci, čiření, odpařování, krystalizaci a rafinaci. V každé fázi zpracování cukru je třeba přesně kontrolovat kvalitu a čistotu cukerné šťávy. Přírodní nečistoty, jako jsou koloidní částice, bílkoviny, pigmenty a mikroorganismy, mohou vážně ovlivnit účinnost čiření, filtrace a krystalizace.
Chemikálie hrají klíčovou roli v moderních procesech výroby cukru. Bez řádné chemické kontroly mohou tyto nečistoty způsobovat tvorbu vodního kamene, problémy s barvou a ztráty produkce. Chemikálie pro výrobu cukru nejen zvyšují efektivitu a produkci, ale také zlepšují kvalitu produktů, snižují spotřebu energie a pomáhají továrnám splňovat normy ochrany životního prostředí. Tyto chemikálie mohou:
- Zlepšete účinnost čištění a separaci pevných látek a kapalin.
- Zabraňte růstu mikroorganismů v ovocné šťávě a sirupu.
- Zvyšte účinek odbarvování vysoce čistého bílého krystalového cukru.
- Kontrolujte tvorbu pěny a vodního kamene ve výparníku a vakuovém výparníku.
Tento článek na příkladu cukrové třtiny komplexně shrnuje proces výroby cukru. Také vysvětluje, jak se v každé fázi používají různé chemikálie – flokulanty, dezinfekční prostředky, odbarvovací činidla a odpěňovače – aby byl zajištěn hladký provoz a vysoce kvalitní výroba cukru.
Proces výroby cukru a aplikace chemikálií
Příprava surovin
Výroba cukru začíná sklizní a přípravou surovin. Cukrová třtina se myje a nasekává, aby se odstranila zemina, kameny a listy. V této fázi, pokud se šťáva nechá delší dobu stát, se v ní začnou množit mikroorganismy. Aby se snížila mikrobiální zátěž na povrchu surovin, zabránilo se kontaminaci nebo znehodnocení cukrové šťávy během procesu zcukerňování, někdy se na povrch cukrové třtiny, skladovací vody nebo čisticího zařízení aplikují dezinfekční prostředky.
| Typ dezinfekčního prostředku | Doporučená koncentrace | Způsob aplikace | Hlavní funkce | Opatření | Výhody |
| Chlornan sodný (NaClO) | 50–200 ppm volného chloru | Postřik nebo namáčení povrchu cukrové třtiny po dobu 5–10 minut | Širokospektrální sterilizace, snižuje mikrobiální zátěž | Kontrolujte koncentraci (obvykle 50–200 ppm volného chloru). Zabraňte nadměrnému množství zbytkového chloru ve šťávě, abyste předešli problémům s barvou nebo krystalizací. V případě potřeby po použití šťávu opláchněte nebo sceďte. | Širokospektrální sterilizace; nízké náklady. |
| Dichlorisokyanurát sodný (SDIC) | 50–150 ppm volného chloru | Postřik nebo namáčení povrchu cukrové třtiny po dobu 5–10 minut | Vysoká stabilita, vysoká sterilizační účinnost | Kontrolujte volný chlór, abyste neovlivnili krystalizaci a barvu šťávy. | Stabilnější než chlornan sodný; vysoká účinnost; kontrolovaný zbytkový chlór; široce používaný v prostředích zpracování potravin. |
| Peroxid vodíku (H₂O₂) | 0,1 %–0,5 % | Přidává se do čisticí vody nebo do povrchového postřiku | Sterilizace, beze zbytků, šetrné k životnímu prostředí | Kontrolní koncentrace; obvykle 0,1–0,5 % pro povrchovou úpravu. Během provozu zacházejte opatrně. | Rozkládá se beze zbytků; bezpečný a šetrný k životnímu prostředí. |
| Horká voda / pára | Horká voda o teplotě 80–90 °C nebo pára o teplotě 100 °C | Oplachování horkou vodou nebo párou po dobu 2–5 minut | Sterilizace bez přidání chemikálií | Vysoká spotřeba energie; vyžaduje vhodné vybavení; dodržujte bezpečnostní opatření. | Bez chemických přísad; snižuje množství chemických zbytků. |
| Dezinfekce vody pro čištění závodů / zařízení | SDIC, 50–100 ppm | Čištění zařízení, dopravních prostředků | Zabraňuje sekundární kontaminaci | Pravidelně doplňujte a sledujte koncentraci volného chloru. | — |
Doporučená praxe
Když cukrová třtina vstoupí do továrny, prochází počátečním propláchnutím čistou vodou, aby se odstranily nečistoty a nečistoty.
Poté se provede povrchová dezinfekce postřikem nízkokoncentrovaného SDIC nebo chlornanu sodného podle podmínek.
Zdroje vody a čisticí zařízení cukrovaru by měly být také pravidelně dezinfikovány, aby byla zajištěna celková hygienická situace.
Extrakce šťávy
Po prvním kroku čištění a dezinfekce je dalším krokem extrakce šťávy z cukrové třtiny. Šťáva se obvykle extrahuje mechanickým lisováním nebo difuzními systémy. Tento krok zahrnuje narušení tvrdé struktury cukrové třtiny a extrakci šťávy z ní.
Ve většině případů se odšťavňovač cukrové třtiny skládá ze tří válcových mlýnů v kombinaci s drtičem nebo rotujícími noži. Po zpracování cukrové třtiny na jednom dopravním pásu se přesune na jiný dopravní pás, kde se z ní extrahuje více šťávy. Před přepravou se však nejprve pokropí vodou, aby se šťáva dále extrahovala. Zbytek po odšťavňování se nazývá bagasa.
Šťáva obsahuje rozpustné a suspendované nečistoty, včetně rostlinných vláken, bílkovin a dokonce i částic půdy, které byly zcela vyplaveny. Tyto nečistoty je nutné ošetřit, aby se zvýšila účinnost následného čištění a krystalizace.
Čištění šťávy z cukrové třtiny
Čiření šťávy je nejdůležitějším krokem v rané fázi procesu výroby cukru. Cílem je odstranit nečistoty (jako jsou zeminy, bílkoviny, koloidy, organické kyseliny atd.) z cukrové třtiny a zlepšit její čistotu. Obvykle se používá vápenný proces v kombinaci s metodou flotace fosforem nebo metodou karbonizace.
Chemické použití
Vápno (CaO)/vápenné mléko (Ca(OH)2): Neutralizuje kyselé látky a sráží nečistoty.
Oxid uhličitý (CO2) (používá se v metodě karbonizace): Reaguje s vápnem za vzniku sraženiny uhličitanu vápenatého, která adsorbuje nečistoty.
Flokulant/koagulační přísada: Pomáhá rychlému usazování suspendovaných pevných látek.
Běžně používané: polyaluminiumchlorid (PAC), polyakrylamid (PAM) atd.
Síra (SO2) nebo siřičitan sodný: Hraje roli v bělení, odbarvování a sterilizaci při flotaci fosforu.
Filtrace a předehřívání
Po vyčištění je třeba šťávu přefiltrovat, aby se odstranil sediment. Předehřátí šťávy před odpařováním je zásadní, protože pomáhá snížit viskozitu šťávy a zabraňuje růstu mikrobů.
Odpařování a koncentrace
Ovocná šťáva se poté zahustí na sirup pomocí víceúčelového odpařovače, čímž se sníží obsah vlhkosti z přibližně 85 % na 30–40 %. Vakuové odpařování pomáhá udržovat kvalitu cukru, ale zároveň představuje určité provozní problémy:
- Rozpuštěné bílkoviny a povrchově aktivní látky způsobují tvorbu pěny.
- Hromadění vodního kamene na povrchu výparníku.
Chemické aplikace:
Odpěňovače: Odpěňovače na bázi silikonu pro potlačení pěnění za vysokých teplot. Odpěňovače na bázi polyetherů a mastných alkoholů vhodné pro systémy s ovocnými šťávami se středním obsahem pěny.
Inhibitory/dispergační činidla: Zabraňují tvorbě uhličitanu vápenatého nebo síranu vápenatého ve výparníku.
Dopad: Efektivní regulace pěny a prevence tvorby vodního kamene zajišťují plynulé odpařování, vyšší účinnost přenosu tepla a kratší prostoje.
Krystalizace
Krystalizační proces při výrobě cukru (v průmyslu často označovaný jako var) je klíčovým krokem při přeměně koncentrovaného cukerného sirupu na pevné krystaly sacharózy. Koncentrovaný sirup se vaří ve vakuové nádobě, aby se zahájila krystalizace cukru. Správná krystalizace je nezbytná pro výtěžek cukru, velikost krystalů a barvu. Jedná se o složitý fyzikálně-chemický proces, jehož cílem je řídit velikost a uniformitu vysrážených krystalů sacharózy.
V tomto procesu se často používají odpěňovače. Odpěňovače regulují tvorbu pěny během varu a zabraňují přetečení sirupu.
Stabilní krystalizace zvyšuje výtěžnost cukru a snižuje ztráty během centrifugace.
Centrifugace a separace
Po vytvoření krystalů se krystaly oddělí od melasy pomocí odstředivky a poté se suší horkými trubkami. Melasa může být dále zpracována pro výrobu etanolu, krmiva pro zvířata nebo k jiným účelům.
Odbarvování a zušlechťování
Odbarvování a rafinace je poslední fází procesu výroby cukru, která se používá především při výrobě vysoce čistého bílého rafinovaného cukru (jako je krystalový cukr nebo kamenný cukr). Tato fáze vyžaduje použití velkého množství chemikálií a adsorbentů.
Mezi běžně používané chemikálie patří:
Aktivní uhlí (prášek nebo granule): Adsorbuje polyfenoly, karamel a další pigmenty.
Odbarvovací pryskyřice/iontoměničové pryskyřice: Odstraňte iontové a neiontové barevné sloučeniny.
Peroxid vodíku (H₂O₂): Oxiduje zbývající pigmenty a dále zesvětluje barvu sirupu.
Odbarvovací činidla: Zajišťují nízké hodnoty ICUMSA a vysokou vizuální kvalitu.
Výše uvedené shrnuje hlavní procesy a chemické aplikace v cukrovarnickém průmyslu.
Zobrazení souvisejících chemikálií:
Jak se čistí odpadní voda z cukrovarnického průmyslu?
Cukrovary produkují během procesu výroby cukru odpadní vodu. Tato odpadní voda má složitou kvalitu a vysokou zátěž znečištění, takže před vypuštěním vyžaduje systematické čištění vody.
Odpadní vody pocházejí převážně z praní surovin, čištění zařízení, odpadních vod z procesu výroby cukru, chladicí vody/kondenzátu a odkalování kotlů. Tyto odpadní vody se vyznačují velmi vysokou hodnotou CHSK a BSK (v důsledku obsahu cukru), vysokým obsahem suspendovaných látek, silnou biologickou rozložitelností a někdy obsahují olej a kaly. Proto se k čištění těchto odpadních vod obvykle používá kombinace procesů – předčištění + koagulace a sedimentace + biologické čištění + pokročilé čištění. Mezi běžné metody čištění patří fyzikální čištění (jako je sedimentace a filtrace), chemické čištění (jako je koagulace a neutralizace) a biologické čištění (jako jsou procesy s aktivovaným kalem a umělé mokřady).
Jaké chemikálie jsou potřeba k čištění odpadních vod z cukrovarnického průmyslu?
Konkrétní kroky a chemické aplikace jsou následující:
| Fáze léčby | Účel | Doporučené chemikálie | Hlavní funkce |
| 1. Praní a primární předúprava surovin | Odstraňte písek, bahno, vlákna, suspendované pevné látky | PAC (polyaluminiumchlorid) | Rychlá koagulace, odstranění nerozpuštěných látek a zákalu |
| PAM (polyakrylamid) – aniontový/neiontový | Tvorba vloček, urychluje usazování | ||
| Odpěňovač | Reguluje pěnu vznikající během mytí třtiny a extrakci šťávy | ||
| 2. Vyrovnání a úprava pH | Stabilizace kvality přítoku, úprava pH pro následné procesy | Vápno (CaO / Ca(OH)₂) | Zvyšuje pH, odstraňuje částečnou tvrdost |
| Hydroxid sodný (NaOH) | Přesné nastavení pH | ||
| Kyselina sírová / Kyselina chlorovodíková | Snižuje pH | ||
| Odpěňovač | Snižuje pěnění ve vyrovnávací nádrži | ||
| 3. Koagulace a flokulace (primární sedimentace) | Odstranění suspendovaných látek, koloidů, barviv; snížení CHSK | PAC / PolyDADMAC / Polyamin | Primární koagulanty pro odstranění zákalu a barvy |
| PAM (aniontový) | Zlepšuje pevnost vloček a rychlost usazování | ||
| Koagulační látky (např. křemičitan hořečnatý) | Zlepšuje jasnost a usazovací výkon | ||
| 4. Anaerobní biologické čištění (UASB, EGSB) | Snížení vysokého organického zatížení (CHSK, BSK) | Doplňkové živiny (zdroje dusíku a fosforu) | Udržujte mikrobiální aktivitu a zdravou biomasu |
| Regulátory pH | Udržujte optimální pH (6,8–7,2) pro anaerobní bakterie | ||
| Odpěňovač | Potlačuje pěnění způsobené bioplynem | ||
| 5. Aerobní čištění (aktivovaný kal, SBR) | Dále snížit CHSK, BSK a amoniak | Doplňkové živiny (N a P) | Poskytuje mikroorganismům vyvážené živiny |
| Odpěňovač | Kontroluje pěnění během provzdušňování | ||
| Bioenzymy / Mikrobiální kultury | Zvyšuje účinnost biologického odbourávání | ||
| 6. Pokročilá léčba (pokud platí přísné propouštěcí normy) | Zlepšete čirost, odstraňte zbytky COD, SS a barvy | Polyamin / PolyDADMAC | Silné odbarvování a odstraňování zákalu |
| PAC | Dodatečné odstranění nerezové oceli a koloidů | ||
| PAM (vysoká molekulová hmotnost) | Závěrečná flokulace a leštění | ||
| Aktivní uhlí | Odstraňuje barvu, zápach a organické zbytky | ||
| 7. Dezinfekce a opětovné použití vody | Zajistěte mikrobiální bezpečnost pro vypouštění nebo opětovné použití | Chlornan vápenatý | Účinná dezinfekce |
| Chlornan sodný | Běžné online dávkování dezinfekčního prostředku | ||
| SDIC (dichlorisokyanurát sodný) | Stabilní a dlouhotrvající uvolňování chloru | ||
| TCCA (kyselina trichlorisokyanurová) | Vysoký obsah chloru, pomalé uvolňování chlorace |
Výroba cukru je složitý průmyslový proces, který vyžaduje přesnou kontrolu v každé fázi – od přípravy surovin a odšťavňování až po čiření, odpařování, krystalizaci, rafinaci a čištění odpadních vod. Každá fáze představuje své vlastní výzvy, včetně suspendovaných látek, barvy, mikrobiální aktivity, tvorby pěny a usazování vodního kamene. Integrací vhodných chemikálií do každé fáze procesu výroby cukru mohou cukrovary zvýšit produkci, zlepšit kvalitu krystalů, vylepšit barvu, snížit ztráty a minimalizovat prostoje. Optimalizovaná chemická řešení zároveň přispívají k ochraně životního prostředí prostřednictvím efektivnějšího čištění odpadních vod a snížení chemického odpadu.
Výběr správného chemického partnera umožňuje cukrovarům zlepšit efektivitu výroby, zajistit konzistentní kvalitu produktů, prodloužit životnost zařízení a dosáhnout dlouhodobé provozní excelence.