جلسه 5
تصفیه پیشرفته و فیلتراسیون شیرابه نیشکر
1. مقدمه
پس از مراحل اولیه و شیمیایی تصفیه شیرابه، فرآیندهای پیشرفتهتری برای جداسازی کامل جامدات معلق و کلوئیدی و همچنین بهبود شفافیت و کیفیت شیرابه به کار گرفته میشوند. این مرحله شامل روشهای نوین تصفیه و انواع فیلتراسیون است که نقش حیاتی در حذف ناخالصیهای باقیمانده و آمادهسازی شیرابه برای تبخیر ایفا میکنند.
2. تصفیه چند مرحلهای (Multi-stage Clarification)
در این رویکرد، فرآیند تصفیه به جای یک مرحله تهنشینی یا فیلتراسیون اصلی، به صورت متوالی و در چند مرحله انجام میشود. هدف، دستیابی به حداکثر جداسازی ناخالصیها و کاهش بار آلودگی برای مراحل بعدی است.
- اصول:
- جداسازی تدریجی: شیرابه در هر مرحله با استفاده از ترکیبی از فرآیندهای شیمیایی (مانند تنظیم pH، افزودن مواد منعقد کننده) و فیزیکی (تهنشینی، فیلتراسیون) تصفیه میشود.
- بازگردانی شیرابه: شیرابههای حاصل از مراحل میانی ممکن است مجدداً به ابتدای فرآیند بازگردانده شوند یا در مراحل بعدی مورد تصفیه قرار گیرند.
- بهینهسازی: این روش به کارخانه اجازه میدهد تا با کنترل دقیقتر فرآیند، کیفیت شیرابه خروجی را بهبود بخشد و تلفات شکر را کاهش دهد.
الف) روش تایوان (Taiwan Method) و سایر روشهای نوین
روش تایوان یکی از رویکردهای چند مرحلهای و پیشرفته در تصفیه شیرابه نیشکر است که بر استفاده بهینه از آهک و فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی تأکید دارد.
ویژگیهای روش تایوان:
کنترل دقیق pH و دما: تنظیم دقیق پارامترهای فرآیند برای حداکثر انعقاد و تهنشینی ناخالصیها.
استفاده از مواد کمکی انعقاد (Coagulants): افزودن پلیمرها یا مواد شیمیایی دیگر برای بهبود فرآیند تهنشینی و فیلتراسیون.
تهنشینی چند مرحلهای: استفاده از تهنشینکنندههای عمودی یا افقی در چند طبقه برای جداسازی تدریجی ذرات.
فیلتراسیون نهایی: اغلب با استفاده از فیلترهای خلاء دوار (Rotary Vacuum Filters) برای جداسازی ذرات ریز باقیمانده.
سایر روشهای نوین:
تصفیه با پلیمرها: استفاده از پلیمرهای آنیونی و کاتیونی به عنوان مواد منعقد کننده و لختهساز برای تسریع تهنشینی و فیلتراسیون.
استفاده از جاذبها: به کارگیری کربن فعال یا رزینهای تبادل یونی برای حذف رنگ و ناخالصیهای محلول (بیشتر در پالایشگاهها).
فرآیندهای غشایی: استفاده از میکرو/اولترافیلتراسیون برای حذف کلوئیدها و مولکولهای درشت.
3. فیلتراسیون (Filtration)
فیلتراسیون فرآیندی فیزیکی است که در آن جامدات نامحلول از یک مایع (شیرابه) با عبور دادن آن از یک محیط متخلخل (فیلتر) جدا میشوند. در صنعت قند، فیلتراسیون نقش حیاتی در جداسازی شیرابه شفاف از رسوبات و همچنین بازیافت مواد مفید دارد.
الف) انواع فیلترها
- فیلتر پرس (Filter Press):
- ساختار: شامل مجموعهای از صفحات و قابهای پوشیده شده با پارچه فیلتر است. شیرابه تحت فشار وارد این صفحات شده و مایع از پارچه عبور میکند، در حالی که جامدات روی سطح پارچه باقی میمانند.
- کاربرد: بیشتر برای جداسازی گل صافی (Filter Cake) از مایع در فرآیندهای تهنشینی یا تصفیه اولیه به کار میرود.
- مزایا: قابلیت دستیابی به کیک خشک و جداسازی مؤثر.
- معایب: فرآیند بچ (Batch) و زمانبر بودن تخلیه کیک.
- فیلتر خلاء دوار (Rotary Vacuum Filter - R.V.F.):
- ساختار: یک درام استوانهای است که توسط پارچههای فیلتر پوشیده شده و درون مخزن شیرابه میچرخد. خلاء اعمال شده در داخل درام، شیرابه را از میان پارچه به داخل میکشد و جامدات (گل صافی) روی سطح خارجی درام جمع میشوند. همزمان، آب شستشو (واش) نیز برای بازیابی شکر از کیک به آن اعمال میشود.
- کاربرد: یکی از رایجترین انواع فیلتر در کارخانههای قند نیشکر برای جداسازی نهایی شیرابه از رسوبات پس از تهنشینی و همچنین برای شستشوی گل صافی.
- مزایا: فرآیند پیوسته، قابلیت شستشوی مؤثر کیک، و تولید شیرابه شفاف.
- معایب: نیاز به نگهداری منظم پارچهها و سیستم خلاء.
ب) نقش فیلتراسیون در صنعت قند
- جداسازی شیرابه شفاف: پس از تهنشینی، فیلتراسیون، شیرابه را از ذرات ریز معلق پاک کرده و برای تبخیر آماده میکند.
- بازیافت شکر از گل صافی: گل صافی (Filter Cake) حاوی مقداری شکر است. شستشوی مؤثر این کیک در فیلترهای دوار، شکر را بازیابی کرده و تلفات را به حداقل میرساند.
- تصفیه نهایی: در برخی روشها، فیلتراسیون به عنوان مرحله نهایی تصفیه برای اطمینان از شفافیت کامل شیرابه استفاده میشود.
4. گل صافی (Filter Cake)
گل صافی، محصول جامد به جا مانده بر روی صفحات فیلتر یا سطح فیلتر خلاء دوار پس از عبور شیرابه است.
ترکیب:
فیبر نیشکر (Bagasse): ذرات ریز سلولزی که از آسیاب نیشکر جدا نشدهاند.
کربنات کلسیم (CaCO3): رسوب حاصل از آهکزنی و کربناسیون.
فسفات کلسیم (Ca3(PO4)2): رسوب حاصل از فسفاتاسیون.
ناخالصیهای جذب شده: مواد رنگی، کلوئیدی و پروتئینها که به ذرات معدنی چسبیدهاند.
شکر باقیمانده: مقداری شکر محلول که به طور کامل در فرآیند شستشو استخراج نشده است.
آب: بخش قابل توجهی از کیک را آب تشکیل میدهد.
کاربردها:
کود کشاورزی: به دلیل داشتن مواد آلی و معدنی، گل صافی به عنوان یک اصلاحکننده خاک و کود طبیعی در مزارع نیشکر استفاده میشود.
خوراک دام: در برخی موارد، پس از فرآوری مناسب، میتواند به عنوان بخشی از جیره غذایی دام مورد استفاده قرار گیرد.
سوخت: در برخی کارخانهها، گل صافی (به خصوص اگر با باگاس ترکیب شود) میتواند به عنوان سوخت در دیگهای بخار استفاده شود، هرچند رطوبت بالای آن این کارایی را کاهش میدهد.
مواد ساختمانی: تحقیقاتی برای استفاده از آن در تولید مصالح ساختمانی (مانند بلوکهای سبک) در جریان است.
مثال کاربردی
مثال: استفاده از فیلتر خلاء دوار برای بازیابی شکر
در کارخانه قند “شکرستان”، پس از مرحله تهنشینی شیرابه، مقدار قابل توجهی رسوب (گل صافی) حاصل میشود که حاوی حدود 5% شکر است. برای بازیابی این شکر و افزایش بازده تولید، یک فیلتر خلاء دوار (R.V.F.) نصب شده است. شیرابه کدر وارد مخزن شده و لایهای از رسوبات روی سطح خارجی درام تشکیل میدهد. سپس، با اعمال خلاء، شیرابه شفاف از فیلتر عبور کرده و جمعآوری میشود. در ادامه، با پاشش آب داغ (شستشو)، شکر باقیمانده در کیک استخراج و به عنوان یک شیرابه رقیق (Weak Juice) به ابتدای فرآیند تبخیر بازگردانده میشود. این فرآیند پیوسته، باعث کاهش تلفات شکر و افزایش بهرهوری کارخانه شده است.
تمرینهای پایان فصل
- تفاوت اصلی بین تصفیه چند مرحلهای و فرآیندهای تصفیه تک مرحلهای چیست؟
- مزایای روش تایوان در مقایسه با روشهای سنتیتر آهکزنی را توضیح دهید.
- فیلتر پرس و فیلتر خلاء دوار را از نظر ساختار، نحوه عملکرد و کاربرد مقایسه کنید.
- نقش اصلی فیلتراسیون در فرآیند تولید شکر نیشکر چیست؟
- ترکیب شیمیایی و معدنی گل صافی را شرح دهید.
- چند کاربرد مهم برای گل صافی (Filter Cake) نام ببرید و توضیح دهید.
نکات کلیدی فصل
- تصفیه پیشرفته شامل روشهای چند مرحلهای مانند روش تایوان برای جداسازی بهتر ناخالصیهاست.
- فیلتراسیون فرآیندی کلیدی برای جداسازی جامدات از مایعات در صنعت قند است.
- فیلتر پرس (بچ) و فیلتر خلاء دوار (پیوسته) دو نوع مهم فیلتر صنعتی هستند.
- فیلتر خلاء دوار نقش مهمی در جداسازی شیرابه شفاف و شستشوی گل صافی دارد.
- گل صافی محصول جانبی مهمی است که کاربردهایی در کشاورزی، خوراک دام و… دارد.
