El sucre és un dels aliments més consumits al món, principalment derivat de la canya de sucre i la remolatxa sucrera. La producció de sucre d'alta qualitat és un procés complex que implica múltiples etapes: extracció, clarificació, evaporació, cristal·lització i refinació. En cada etapa del processament del sucre, cal controlar amb precisió la qualitat i la puresa del suc de sucre. Les impureses naturals, com ara partícules col·loïdals, proteïnes, pigments i microorganismes, poden afectar seriosament l'eficiència de la clarificació, la filtració i la cristal·lització.
Els productes químics tenen un paper crucial en els processos moderns de fabricació de sucre. Sense un control químic adequat, aquestes impureses poden causar descamació, problemes de color i pèrdues de producció. Els productes químics per a la fabricació de sucre no només milloren l'eficiència i la producció, sinó que també milloren la qualitat del producte, redueixen el consum d'energia i ajuden les fàbriques a complir els estàndards de protecció ambiental. Aquests productes químics poden:
- Millorar l'eficiència de la clarificació i l'efecte de separació sòlid-líquid.
- Prevenir el creixement de microorganismes en sucs i xarops de fruita.
- Millora l'efecte de decoloració del sucre granulat blanc d'alta puresa.
- Controlar la formació d'escuma i incrustacions a l'evaporador i a l'evaporador al buit.
Aquest article pren la canya de sucre com a exemple per resumir de manera exhaustiva el procés de fabricació de sucre. També explica com s'apliquen diferents productes químics (floculants, desinfectants, agents decolorants i antiespumants) a cada etapa per garantir un funcionament suau i una producció de sucre d'alta qualitat.
Procés de producció de sucre i aplicació de productes químics
Preparació de matèries primeres
La producció de sucre comença amb la collita i la preparació de les matèries primeres. La canya de sucre es renta i es talla per eliminar la terra, les pedres i les fulles. En aquesta etapa, si el suc es deixa reposar durant molt de temps, començarà a reproduir microorganismes. Per reduir la càrrega microbiana a la superfície de les matèries primeres, evitar la contaminació o el deteriorament del suc de sucre durant el procés de sacarificació, de vegades s'apliquen desinfectants a la superfície de la canya de sucre, l'aigua d'emmagatzematge o els equips de neteja.
| Tipus de desinfectant | Concentració recomanada | Mètode d'aplicació | Funcions principals | Precaucions | Avantatges |
| Hipoclorit de sodi (NaClO) | 50–200 ppm de clor lliure | Ruixar o remullar la superfície de la canya de sucre durant 5-10 minuts | Esterilització d'ampli espectre, redueix la càrrega microbiana | Controleu la concentració (generalment de 50 a 200 ppm de clor lliure). Eviteu un excés de clor residual en el suc per evitar problemes de color o cristal·lització. Esbandiu o escorreu després de l'ús si cal. | Esterilització d'ampli espectre; baix cost. |
| Dicloroisocianurat de sodi (SDIC) | 50–150 ppm de clor lliure | Ruixar o remullar la superfície de la canya de sucre durant 5-10 minuts | Alta estabilitat, forta eficiència d'esterilització | Controleu el clor lliure per evitar afectar la cristal·lització i el color del suc. | Més estable que l'hipoclorit de sodi; alta eficiència; clor residual controlat; àmpliament utilitzat en entorns de processament d'aliments. |
| Peròxid d'hidrogen (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Afegit a l'aigua de neteja o a la polvorització de superfícies | Esterilització, sense residus, respectuós amb el medi ambient | Concentració de control; generalment 0,1–0,5% per al tractament de superfícies. Manipuleu amb cura durant el funcionament. | Es descompon sense deixar residus; segur i respectuós amb el medi ambient. |
| Aigua calenta / Vapor | Aigua calenta a 80–90 °C o vapor a 100 °C | Esbandir amb aigua calenta o tractament amb vapor durant 2-5 minuts | Esterilització sense addició química | Alt consum d'energia; requereix equips adequats; observeu les precaucions de seguretat. | Sense additius químics; redueix els residus químics. |
| Neteja de plantes / instal·lacions Desinfecció d'aigua | SDIC, 50–100 ppm | Neteja d'equips, vehicles de transport | Evita la contaminació secundària | Substituïu i controleu regularment la concentració de clor lliure. | — |
Pràctica recomanada
Quan la canya de sucre entra a la fàbrica, se sotmet a un rentat inicial amb aigua neta per eliminar la brutícia i les impureses.
A continuació, la desinfecció de la superfície es duu a terme polvoritzant SDIC de baixa concentració o hipoclorit de sodi segons les condicions.
Les fonts d'aigua i els equips de neteja de la fàbrica de sucre també s'han de desinfectar regularment per garantir l'entorn higiènic general.
Extracció de sucs
Després del primer pas de neteja i desinfecció, el següent pas és extreure el suc de la canya de sucre. El suc s'extreu normalment mitjançant premsat mecànic o sistemes de difusió. Aquest pas implica trencar l'estructura dura de la canya de sucre i extreure'n el suc.
En la majoria dels casos, un espremedor de canya de sucre consta de tres molins de rodets en combinació amb una picadora o fulles giratòries. Després que la canya de sucre es processi en una cinta transportadora, es transporta a una altra cinta transportadora per extreure'n més suc. Tanmateix, abans del transport, primer s'hi ruixa aigua per extreure'n més el suc. El residu que queda després de l'espremedor s'anomena bagàs.
El suc conté impureses solubles i en suspensió, com ara fibres vegetals, proteïnes i fins i tot partícules de sòl que s'han rentat completament. Aquestes impureses s'han de tractar per millorar l'eficiència de la clarificació i cristal·lització posteriors.
Clarificació del suc de canya de sucre
La clarificació del suc és el pas més crucial en la fase inicial del procés de fabricació de sucre. L'objectiu és eliminar les impureses (com ara terra, proteïnes, col·loides, àcids orgànics, etc.) del suc de canya de sucre i millorar-ne la puresa. Generalment, s'adopta el procés de la calç, combinat amb el mètode de flotació de fòsfor o el mètode de carbonatació.
Ús químic
Llima (CaO)/llet de llima (Ca(OH)2) : Neutralitza les substàncies àcides i precipita les impureses.
diòxid de carboni (CO2) (utilitzat en el mètode de carbonatació): Reacciona amb la calç per formar un precipitat de carbonat de calci, que adsorbeix les impureses.
Floculant/coagulant: Ajuda a sedimentar ràpidament els sòlids en suspensió.
Normalment s'utilitzen: clorur de polialumini (PAC), poliacrilamida (PAM), etc.
Sofre (SO2) o sulfit de sodi: juga un paper en el blanqueig, la decoloració i l'esterilització en la flotació de fòsfor.
Filtració i preescalfament
Després de la clarificació, cal filtrar el suc per eliminar els sediments. Preescalfar el suc abans de l'evaporació és crucial, ja que ajuda a reduir la viscositat del suc i evita el creixement microbià.
Evaporació i concentració
El suc de fruita es concentra en un xarop mitjançant un evaporador multiefecte, reduint el contingut d'humitat d'aproximadament el 85% al 30-40%. L'evaporació al buit ajuda a mantenir la qualitat del sucre, però també presenta alguns reptes operatius:
- Les proteïnes i els tensioactius dissolts provoquen la formació d'escuma.
- Acumulació de calç a la superfície de l'evaporador.
Aplicacions químiques:
Antiespumants: Antiespumants a base de silicona per a la supressió d'escuma a altes temperatures. Antiespumants a base de polièter i alcohols grassos adequats per a sistemes de sucs de fruita amb escuma mitjana.
Inhibidors/dispersants de la incrustació: eviten la formació de carbonat de calci o sulfat a l'evaporador.
Impacte: El control eficient de l'escuma i la prevenció de la incrustació garanteixen una evaporació suau, una major eficiència de transferència de calor i menys temps d'inactivitat.
Cristal·lització
El procés de cristal·lització en la producció de sucre (sovint anomenat a la indústria ebullició) és un pas crucial per convertir el xarop de sucre concentrat en cristalls sòlids de sacarosa. El xarop concentrat es bull en una caldera de buit per iniciar la cristal·lització del sucre. Una cristal·lització adequada és essencial per al rendiment del sucre, la mida del cristall i el color. Es tracta d'un procés fisicoquímic complex dissenyat per controlar la mida i la uniformitat dels cristalls de sacarosa precipitats.
En aquest procés sovint s'utilitzen antiespumants. Els antiespumants controlen la formació d'escuma durant l'ebullició, evitant el desbordament del xarop.
La cristal·lització estable augmenta el rendiment de sucre i redueix les pèrdues durant la centrifugació.
Centrifugació i separació
Després de la formació dels cristalls, aquests es separen de la melassa mitjançant una centrífuga i després s'assequen a través de canonades calentes. La melassa es pot processar posteriorment per a la producció d'etanol, pinso o altres usos.
Decoloració i refinament
La decoloració i el refinament és l'etapa final del procés de fabricació de sucre, que s'utilitza principalment en la producció de sucre refinat blanc d'alta puresa (com ara el sucre granulat o el sucre de roca). Aquesta etapa requereix l'ús de grans quantitats de productes químics i adsorbents.
Els productes químics més utilitzats inclouen:
Carbó activat (en pols o grànuls): Adsorbeix polifenols, caramel i altres pigments.
Resines decolorants/resines d'intercanvi iònic: Eliminació de compostos acolorits iònics i no iònics.
Peròxid d'hidrogen (H₂O₂): Oxida els pigments restants, aclarint encara més el color del xarop.
Agents decolorants: Asseguren valors ICUMSA baixos i una alta qualitat visual.
L'anterior descriu els principals processos i aplicacions químiques de la indústria sucrera.
Visualització de productes químics relacionats:
Com es tracten les aigües residuals de la indústria sucrera?
Les fàbriques de sucre generen aigües residuals durant el procés de producció de sucre. Aquestes aigües residuals són de qualitat complexa i tenen una alta càrrega contaminant, cosa que requereix un tractament sistemàtic de l'aigua abans del seu abocament.
Les aigües residuals provenen principalment del rentat de matèries primeres, la neteja d'equips, les aigües residuals del procés de producció de sucre, l'aigua de refrigeració/condensat i la purga de calderes. Aquestes aigües residuals es caracteritzen per tenir una DQO i una DBO molt elevades (a causa del contingut de sucre), un alt contingut de sòlids en suspensió, una forta biodegradabilitat i, de vegades, contenen oli i llim. Per tant, normalment s'utilitza una combinació de processos (pretractament + coagulació i sedimentació + tractament biològic + tractament avançat) per tractar aquestes aigües residuals. Els mètodes de tractament habituals inclouen el tractament físic (com ara sedimentació i filtració), el tractament químic (com ara coagulació i neutralització) i el tractament biològic (com ara processos de fangs activats i aiguamolls artificials).
Quins productes químics es necessiten per tractar les aigües residuals de la indústria sucrera?
Els passos específics i les aplicacions químiques són els següents:
| Etapa de tractament | Propòsit | Productes químics recomanats | Funcions principals |
| 1. Rentat de matèries primeres i pretractament primari | Eliminar sorra, fang, fibres i sòlids en suspensió | PAC (clorur de polialumini) | Coagulació ràpida, eliminació de SS i terbolesa |
| PAM (poliacrilamida) – Aniònic/No iònic | Formació de flocs, afavoreix la sedimentació | ||
| Antiespumant | Controla l'escuma generada durant el rentat de la canya i l'extracció del suc | ||
| 2. Equalització i ajust del pH | Estabilitzar la qualitat de l'afluent, ajustar el pH per als processos posteriors | Calç (CaO / Ca(OH)₂) | Augmenta el pH i elimina parcialment la duresa |
| hidròxid de sodi (NaOH) | Ajust precís del pH | ||
| Àcid sulfúric / Àcid clorhídric | Redueix el pH | ||
| Antiespumant | Redueix l'escuma a la conca d'equalització | ||
| 3. Coagulació i floculació (sedimentació primària) | Eliminar sòlids en suspensió, col·loides, color; reduir la DQO | PAC / PolyDADMAC / Poliamina | Coagulants primaris per a l'eliminació de terbolesa i color |
| PAM (aniònic) | Millora la resistència dels flòculs i la velocitat de sedimentació | ||
| Coadjuvants coagulants (per exemple, silicat de magnesi) | Millora la claredat i el rendiment d'assentament | ||
| 4. Tractament biològic anaeròbic (UASB, EGSB) | Reduir la càrrega orgànica elevada (DQO, DBO) | Additius nutricionals (fonts de N i P) | Mantenir l'activitat microbiana i una biomassa saludable |
| Ajustadors de pH | Mantenir un pH òptim (6,8–7,2) per als bacteris anaeròbics | ||
| Antiespumant | Suprimeix l'escuma relacionada amb el biogàs | ||
| 5. Tractament aeròbic (fangs activats, SBR) | Reduir encara més la DQO, la DBO i l'amoníac | Additius nutricionals (N i P) | Proporcionar nutrients equilibrats als microorganismes |
| Antiespumant | Controla l'escuma durant l'aireació | ||
| Bioenzims / Cultius microbians | Millora l'eficiència de la degradació biològica | ||
| 6. Tractament avançat (si s'apliquen normes estrictes d'alta) | Millora la claredat, elimina els residus de COD, SS, color | Poliamina / PoliDADMAC | Forta decoloració i eliminació de terbolesa |
| PAC | Eliminació addicional d'acer inoxidable i col·loides | ||
| PAM (alt pes molecular) | Floculació final i poliment | ||
| Carbó activat | Elimina el color, l'olor i els residus orgànics | ||
| 7. Desinfecció i reutilització de l'aigua | Garantir la seguretat microbiana per a l'abocament o la reutilització | Hipoclorit de calci | Desinfecció potent |
| Hipoclorit de sodi | Desinfectant de dosificació en línia comú | ||
| SDIC (dicloroisocianurat de sodi) | Alliberament de clor estable i durador | ||
| TCCA (àcid tricloroisocianúric) | Alt contingut de clor, cloració d'alliberament lent |
La producció de sucre és un procés industrial complex que requereix un control precís en cada etapa, des de la preparació de la matèria primera i el suc fins a la clarificació, l'evaporació, la cristal·lització, el refinament i el tractament de les aigües residuals. Cada etapa presenta els seus propis reptes, com ara sòlids en suspensió, color, activitat microbiana, formació d'escuma i acumulació de calç. En integrar productes químics adequats en cada etapa del procés de producció de sucre, els molins de sucre poden augmentar la producció, millorar la qualitat dels cristalls, realçar el color, reduir les pèrdues i minimitzar el temps d'inactivitat. Alhora, les solucions químiques optimitzades contribueixen a la protecció del medi ambient mitjançant un tractament de les aigües residuals més eficient i una reducció dels residus químics.
Triar el soci químic adequat permet a les sucreres millorar l'eficiència de la producció, garantir una qualitat constant del producte, allargar la vida útil dels equips i aconseguir l'excel·lència operativa a llarg termini.