مقدمه

كشت وصنعت دعبل خزاعي واقع در حوضه آبريز رود خانه كارون در كيلو متر۲۵ جاده اهواز آبادان و در راستاي تحقق اهداف خود كفايي محصول استراتژيك شكر درغالب طرح توسعه نيشكر و صنايع جانبي در بهمن ماه ۱۳۸۰ بدست جناب آقاي دكتر عارف معاون اول رئيس جمهور وقت جناب آقاي دكتر سيد محمد خاتمي افتتاح گرديد .
سطح كل زير كشت نيشكر در اين كشت و صنعت ۱۲ هزار هكتار است كه سالانه پتانسيل زير كشت بردن ۱۰ هزار هكتار نيشكر را دارد مي باشد دوهزار هكتار باقي مانده آيش مي باشد .

هدف از كشت ده هزار هكتار نيشكردر اين اراضي برداشت سالانه ۱ مليون تن نيشكر و نهايتاً استحصال يكصد هزار تن شكر زرد است كه ظرفيت اسمي كارخانه مي باشد . درسال ۱۳۸۲ كارخانه تصفيه شكر اين واحد راه اندازي گرديد كه ظرفيت اسمي آن استحصال يكصد وهفتاد پنج هزار تن شكر سفيد است .
در مجاورت اين كارخانه كارخانه هاي الكل سازي – نئوپان و خوراك دام نيز كه از محصولات جانبي نيشكر محسوب ميشوند در حال احداث و راه اندازي هستند.

نيشكر گياه بومي گينه جديد بوده و قدمت آن به ۸۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ سال قبل از ميلاد مي رسد. نيشكر اهلي ساكاروم افيسيناروم در طي سه مرحله مهاجرت از گينه جديد به مجمع الجزاير اندونزي، فيليپين و شمال هندوستان (۸۰۰۰سال قبل از ميلاد ) به جزيره Solomon(6000 سال قبل از ميلاد ) و به جزاير فيجي و ساير نقاط جهان (۵۰۰ تا ۱۱۰۰ سال بعد از ميلاد ) برده شده است.

جنس ساكاروم از خانواده گرامينه ( گندميان ) و شامل ۵ گونه مختلف مي‌باشد كه سه گونه آن اهلي و دو گونه آن وحشي مي باشند.
كلمه ساكاروم از لغت sarkhana كه در زبان سانسكريت ( هندوستان ) بمعني شكر است گرفته شده.

تاريخچه كشت نيشكر در ايران نيز به سالهاي قبل از اسلام و تقريباٌ اكثريت مورخين و تاريخ نويسان عقيده دارند كه نيشكر همراه اسكندر از هندوستان به ايران آورده شده است.
زراعت نيشكر در نقاطي از ايران كه داراي شرايط مناسب آب و هوايي بوده است رواج يافته و بر اساس نوشته‌هاي مورخين بيشترين سطح زير كشت نيشكر در خوزستان بوده و به عقيده مورخان اطلاق كلمه خوزستان بدليل فراواني نيشكر و شكر در اين ناحيه بوده ( كلمه خوز به زبان فارسي به معني نيشكر مي باشد ) همچنين بر اساس نوشته مورخان اولين

شكر تصفيه و سفيد در جهان توسط ايرانيان در سال ۶۰۰ ميلادي در خوزستان بدست آمده است و پس از فتح ايرانيان بوسيله مسلمانان نيشكر و صنعت قندسازي نيز همراه فتوحات اسلام به ساير كشور ها برده شده است. استخري مورخ قرن ششم هجري در كتاب خود مي نويسد :

از طريق رودخانه كارون از اهواز به شوشتر سفر كردم هيچ قطره آبي از آب رودخانه كارون به هدر نمي رفت بلكه تمام آن به مصرف آبياري نخلستانها يا مزارع غلات و نيشكر مي‌رسيد و در تمام اين مناطق محلي نيست كه نيشكر در آن نرويد.

مساله زراعت نيشكر در خوزستان در صد سال اخير گاه و بيگاه در دستور كار دولتهاي وقت قرار گرفته ولي بر اثر عوامل سياسي و اقتصادي فراموش شده تا اينكه در نيم قرن اخير دولت ايران مجدداٌ درصدد احياي صنعت قند سازي از نيشكر برآمده. از سال ۱۳۲۸ مطالعات جامع شروع شده و طي سالهاي ۱۳۲۹ تا۱۳۳۳ كارشناسان نتيجه گرفتند كه زراعت نيشكر در خوزستان از لحاظ اقتصادي كاملاٌ داراي توجيه فني اقتصادي است. لذا در سال ۱۳۳۵ شركت عمران ومنابع آمريكا با بهره‌گيري از مطالعات كارشناسان سازمان برنامه و بودجه و سازمان خوارو بار كشاورزي جهاني نخستين قرارداد خود را با سازمان برنامه و بودجه منعقد ساخت و نتيجه كار تاسيس و پايه‌گذاري كشت وصنعت نيشكر هفت تپه شد.

بر اساس مطالعات و بررسيهاي اوليه در مورد كشت نيشكر در اراضي هفت تپه همراه با توجيه اقتصادي بودن زراعت نيشكر پيش بيني توليد نيشكر را بر مبناي عملكرد نيشكر در هكتار در طي سالهاي ۱۳۴۰ تا ۱۳۵۰ بين حدود ۷۵ تن در هكتار برآورد و در نتيجه آن احداث كارخانهاي به ظرفيت ۵۰ هزار تن شكردرسال پايه گذاري شده است با شروع بهره برداري از كارخانه هفت‌تپه در سل ۱۳۴۰ ملاحظه گرديد كه ميزان عملكرد نيشكر در هكتار بيش از ميزان پيش بيني بالغ گرديد و اين روند براي سالهاي بعد نيز ادامه يافت. با توجه به نتايج عملي بدست

آمده در سطح وسيع كشت نيشكر در طي سالهاي ۱۳۴۰ لغايت ۱۳۴۷ برنامه توسعه كارخانه هفت‌تپه از سال ۱۳۴۸ براي رساندن ظرفيت ساليانه به حدود يكصد هزار تن شكر در سال آغاز و مزارع هفت‌تپه نيز گسترش يافت و در نتيجه هفت‌تپه با برداشت ساليانه از حدود ۹۵۰۰ هكتار نيشكر كاري توليدي در حدود يكصد هزار تن شكر را از سال ۱۳۵۳ به بعد بدست آورده است.توليد موفق شكر از نيشكر در كارخانه هفت تپه باعث گرديد كه فكر توسعه كشت نيشكر در خوزستان قوت گيرد و در نتيجه كشت و صنعت كارون با ظرفيت ساليانه ۲۵۰ هزار تن شكر در اراضي ديمچه و شوشتر با پيش بيني سطح قابل برداشت حدود ۲۰۵۰۰ هكتار در سال از سال ۱۳۵۶ آغاز بكار نمايد.

با توجه به وجود منابع غني آب و خاك در جلگه خوزستان و همچنين شرايط مناسب اقليمي منطقه براي كاشت نيشكر و اينكه گياه نيشكر از جمله گياهاني است كه در شرايط گرم و خشك و با انجام آبياري از لحاظ فيزيولوژيكي بهره‌دهي فوق العاده اي را براي توليد شكر و همچنين ايجاد صنايع جانبي متعددي مانند كاغذ سازي نئوپان، خوراك دام و … دارا مي باشد دولت جمهوري اسلامي ايران نيز اقدام به گسترش كشت نيشكر در برنامه دوم از سال ۱۳۶۸ نموده است كه با انجام كامل برنامه هاي تعيين شده در هفت پروژه ۱۲ هزار هكتاري زير پوشش وزارت كشاورزي، شركت توسعه نيشكر و صنايع جانبي خوزستان مي تواند ساليانه حدود ۷۰۰ هزار تن شكر از نيشكر را توليد نمايد.

بر اساس برنامه‌هاي در دست اجرا بوسيله شركت توسعه نيشكر، كشت و صنعت امام خميني ( ره ) اولين كارخانه شكر با ظرفيت ساليانه ۱۰۰ هزارتن شكر خام در بهمن ماه ۱۳۷۸ به بهره‌برداري رسيد و پس از آن بتدريج كارخانه‌هاي ديگر شامل اميركبير، دعبل خزاعي، ميرزا كوچك‌خان و سلمان‌فارسي همراه با تكميل كشت نيشكر در اراضي آنها راه‌اندازي شدند و واحد هاي حكيم فارابي و دهخدا هم اكنون در حال نصب تجهيزات و كارهاي زير بنايي مي‌باشد ضمناٌ مطالعات جديدي براي امكان احداث مزارع نيشكر در اراضي آبخور سد كرخه در سال ۱۳۷۷ شروع شده است كه در صورت مثبت بودن نتايج مطالعات منطقه خوزستان به بزرگترين منطقه توليد شكر از نيشكر در ايران تبديل شده و مجدداٌ عظمت دوباره خود را باز خواهد يافت.

گياهان توليد كننده قند
در طبيعت گياهان مختلفي وجود دارد كه مواد قندي و نشاسته‌اي در اندامهاي متفاوت ذخيره مي‌نمايند اين قندها گاه به صورت قندهاي ساده مانند گلوكز(C¬۶H12O6) يا قندهاي مركب دوتايي مانند ساكاروز (C12H22O11) و يا قندهاي مركب چند گانه مانند نشاسته n(C6H10O5) مي‌باشند.
قندهاي ذخيره شده در اندامهاي مختلف گياه را مي‌توان بصورت قندهاي ساده در ميوه گياهان مانند انجير انگور، خرما و يا به صورت ساكاروز در ساقه نيشكر سورگوم در اندام زيرزميني چغندر‌‌‌‌‌ قند يافت مي‌شوند. همچنين نشاسته را در دانه ذرت و يا غده سيب زميني مشاهده نمود.

در ميان گياهان توليد كننده قند نيشكر، چغندر قند و ذرت در سطح وسيع اقتصادي در كارخانه‌هاي قندگيري استفاده مي‌شود.
علاوه بر قندهاي طبيعي قندهاي مصنوعي نيز در بازار مصرف وجود دارند كه مهمترين آنها ساخارين است كه مورد مصرف آن در نوشابه سازيهاي غير الكلي است.
هيدروكربورها يا هيدراتهاي كربن (قندها)

بر اثر فعل‌وانفعالات انجام شده در عمليات فتوسنتز بوسيله برگ در گياهان كربوهيدراتها يا قندها و همچنين مواد شيميايي انرژي‌زا و ساير مواد مورد نياز گياه ساخته مي‌شوند.
كربوهيدراتها از واكنشهاي بين آب موجود در برگ و گاز كربنيك جذب شده از هوا و با استفاده از انرژي خورشيدي ذخيره شده در كلروفيل و كلروپلاست سلول گياهي ساخته مي‌شوند.
O2 + CH2O نور خورشيد +H2O + CO2

كربوهيدرات كلروفيل + آب + گاز كربنيك
برگ گياه بمانند يك كارخانه توليد قند است كه ماده خام آن در كارخانه آب و مواد مصرفي محلول در آب است كه بوسيله ريشه از زمين جذب مي‌شود و آنزيمهاي موجود در برگ گياه به منزله كاركنان كارخانه و كلروفيل نيز در حكم تجهيزات و ماشين‌آلات كارخانه است.
انرژي C6H12O6 + CH2O CH2O + O2 CO2 + H2O

گياه نيشكر بعنوان گياهي كه مي‌تواند شرايط سخت محيطي و از لحاظ دماي زياد و انرژي بالاي خورشيد تحمل نمايد و همچنين با توجه به اينكه از لحاظ ساخت ماده اوليه پايدار در عمليات فتوسنتز جزء گياهان ۴ كربني است در شرايط خوزستان از امتياز ويژه‌اي برخوردار است و از لحاظ عمليات فتوسنتزدرطي مدت رشد و در هواي گرم بهار و تابستان از پتانسيل بالا بهرمند است و لذا نيشكر جزء گياهان توليد كننده هيدروكربور با ميزان فوق العاده در اينگونه مناطق محسوب مي شود.
تر كيبات نيشكر

گياه نيشكر از اندامهاي هوايي كه شامل سر شاخه، برگ و خاشاك (TRASH) ساقه خالص جوانه‌هاي جانبي سبز شده و اندامهاي زير‌زميني و ريشه است با توجه به تداوم كشت نيشكر بعنوان محصول سال اول و

چين‌هاي بعد از آن (Ratoon) و همچنين مواد باقيمانده از اندامهاي هوايي و پس از هر برداشت مشاهده مي‌گردد كه ميزان قابل توجهي از مواد آلي همه ساله مي تواند بخاك اضافه شود و لذا گياه نيشكر خود يك گياه اصلاح كننده خاك نيز از لحاظ فيزيكي مي‌تواند محسوب گردد.
تر كيبات ساقه نيشكر كاملاٌ رسيده عبارت از حدود ۷۰ درصد آب و ۳۰درصد مواد جامد است از كل ۳۰ درصد مواد جامد حدود ۱۷ درصد مواد جامد محلول باقيمانده يعني ۱۳ درصد را فيبر يا مواد خشبي تشكيل مي دهد .

تركيبات شربت نيشكر
منظوراز شربت نيشكر (juice) كليه مواد مايع و جامد موجود در آب جدا شده از فيبر نيشكر در زير سنگهاي آسياب است.
شربت نيشكري كه از مزرعه نيشكر كاملاٌ رسيده باشد (حدود درجه خلوص يا purity آن است )داراي تركيبات زير است:
ميزان كل مواد جامد محلول brix ¬ (بريكس)حدود ۱۳%
ميزان مواد قندي موجود در شربت pol حدود ۲/۱۱ %
و در چنين حالتي ميزان فيبر نيشكر حدود ۵/۱۲ % و ميزان خاكستر آن حدود ۶۶% خواهد بود.

تاسيسات جانبي كارخانجات توليد شكر
استفاده از بخار در صنايع فرآيند غذايي وشيميايي و محصولات جانبي كشاورزي
در صنايع فرآيند غذايي و شيميايي عمدتاٌ نياز به يك منبع حرارت و انرژي مي باشد تا فعل و انفعالات لازم فيزيكي و شيميايي امكان پذير گردد.در صنعت قند بخصوص اين نياز در تمام مراحل فرآيند توليد شكر از شربت نيشكر و نيز در تصفيه آن و توليد شكر سفيد وجود دارد.آب اضافي موجود در شربت حاصله از عصاره گيري در آسياب هاي كارخانه نيشكر بايد تبخير گردد و سپس عمليات پخت شربت غليظ و توليد كريستال قند صورت پذيرد .

در تمامي اين مراحل همچنين جداسازي دانه هاي شكر از پساب و خشك كردن شكر به حرارت و تبادل آن نياز است و تجربه نشان داد كه استفاده از انرژي حركتي موجود در بخار بهترين و آسان ترين روش براي موضوع فعاليت هاي فرآيندي مي باشد .

با توجه به دياگرام گردش بخار در يك كارخانه نيشكر اين حقيقت بر ما معلوم مي گردد.مي بينيم بخار توليدي با فشار و حرارت بالا پس از عبور از توربين هاي آسياب و توربين هاي ژنراتور برق به صورت بخار با فشار و حرارت پايين در مراحل فرآيند مواد مورد استفاده قرار مي گيرد .
سوخت ديگ هاي بخار

منبع انرژي براي استفاده در ديگ هاي بخار در ابتدا ذغال چوب و ذغال سنگ و سپس سوخت هاي فسيلي از انواع نفت مازوت گازوئيل گاز طبيعي و بالاخره سوخت هسته اي بوده است .امروز در كشور هايي كه هنوز منابع وسيع ذغال سنگ دارند اين ماده مورد استفاده قرار مي گيرد ولي بيشترين توجه واستفاده از سوخت مازوت و يا گاز طبيعي مي باشد .گاز طبيعي در ايران راحت ترين و ارزان ترين انرژي براي استفاده در ديگ هاي بخار است كه از نظر توجه به حفظ محيط زيست و رعايت قوانين مربوطه كه امروز كاملاٌ ودر حد بالا و قابل توجهي بايد رعايت گردد بر ساير منابع سوخت ارجحيت دارد .

ديگ هاي بخار لوله آبي (water tube boilers)
براي افزايش ظرفيت و فشار ديگ هاي بخار از نوع فوق الذكر استفاده مي شود در اين ديگ ها آب در داخل لوله هاي فولادي با قطر حدود يك الي سه اينچ جريان دارد. يك اطاقك يا كوره وجود دارد كه ديوار ها و سقف آن از لوله هاي آب كه بهم چسبيده اند و يا كمي فاصله دارد پوشيده شده و معمولاٌ دو مخزن يكي در پايين بنام (water drum) يا مخزن آب و ديگري در بالاي كوره بنام (steam drum) يا مخزن بخار وجود دارند. سطح آب در اين ديگ بخار تا ارتفاع نصف مخزن بخار است يعني همواره تمام لوله هاي ديگ پر از آب هستند و بخار توليد شده در نيمه بالاي مخزن بخار تشكيل مي شود . بين دو مخزن تعداد زيادي لوله قرار دارد كه لوله هاي بطرف داخل كوره (Risers) ناميده مي شوند كه در اثر حرارت كوره آب در آنها بطرف بالا مي رود و لوله هاي بيروني (down comers) ناميده مي شوند كه بعلت حرارت كمتر محيط در آنها آب پايين مي رود و لذا همواره يك گردش آب بين دو مخزن بوجود مي آيد .

 

بخار خشك (super heat steam)
بخار توليد شده در مرحله اي كه در تماس با آب مي باشد بخار اشباع شده ناميده مي شود(super heat steam) و اين بخار همواره درجه اي از رطوبت دارد و بنام بخار مرطوب (wet steam) ناميده مي شود . براي خشك كردن اين بخار پس از خروج از مخزن بخار آنرا از لوله هايي كه در مقابل حرارت در گرمترين محل كوره قرار دارند عبور مي دهيم تا رطوبت خود را از دست داده و بحالت خشك و با افزايش حرارت و قابل استفاده براي توربين هاي بخار تبديل شود . بايد توجه داشت كه بخار ورودي به توربين هاي بخار بايد كاملاٌ خشك و بدون رطوبت و

ذرات آب باشد در غير اين صورت رطوبت باعث زنگ زدگي در توربين و قطرات آب در اثر برخورد با پره هاي توربين باعث صدمات و حتي شكستن پره هاي توربين بخار مي گردد .لوله هاي بخار سوپر هيت معمولاٌ خم شده و شكل (U) هستند و دو انتهاي آنها به لوله هاي بزرگتري بنام (COLLECTOR) متصل شده است .قطر لوله هاي سوپر هيتر اين نوع ديگ هاي بخار در حدود يك اينچ و قطر كالكتور ها در حدود شش اينچ مي باشد .لوله هاي سوپر هيتر بصورت عمودي رو به بالا و يا پايين هستند و يا بصورت افقي قرار دارند.

براي جدا كردن بخار از آب و جلوگيري از ورود قطرات آب همراه بخار از مخزن بخار به لوله هاي سوپر هيتر تجهيزاتي در داخل مخزن بخار نصب شده است بنام (SEPARATORS) كه عمدتاٌ بشرح زير است و اغلب چند نوع از اين تجهيزات بخاطر اطمينان بيشتر بكار رفته اند.
۱- SCREENS : صفحات مشبك كه بصورت توري فلزي هستند.
۲- BAFFLES : صفحات كركره مانند.
۳- CYCLONES : قيف هايي هستند كه بخار بصورت سانتريفيوژ در آنها مي چرخد.
در هر صورت در ديگ هاي بخاري كه در صنايعي نصب شده اند (مثل كارخانجات نيشكر)كه مصرف بخار داراي نوسانات زيادي هست بايد مخزن بخار بزرگتر از معمول باشد و انواع جدا كننده ها بقدر كافي تعبيه شده باشد.

نيروگاه كارخانه شكر

در يك كارخانه نيشكر همانطور كه قبلاٌ گفته شد در تمام مراحل فرآيند نياز به استفاده از بخار داريم. ضمناٌ براي آسيابهاي عصاره‌گيري نيز از توربين‌هاي بخار استفاده مي‌شود. لذا براي تامين نيروي برق براي حركت نقاله‌ها و الكتروموتورهاي پمپ و غيره ايجاد مي نمايد كارخانه نيشكر از لحاظ تامين برق خودكفا باشد.
با توجه به توليد بخار براي عمليات فرآيند كه با فشار هاي كم (حدود ۲ اتمسفر) مورد نياز مي‌باشد و نيز استفاده از توربين بخار براي حركت آسيابها كه نياز به فشارهاي متوسط(حدود ۲۰ اتمسفر)دارد: بهتر است از بخار توليد شده براي توليد برق نيز استفاده شود.

بدين لحاظ توربين‌هاي بخاري در نيروگاه مورد استفاده قرار مي‌گيرد و مجموع بخارهاي خروجي توربين‌ها به مصرف تامين گرماي مورد نياز فعاليت‌هاي فرآيند مي‌رسد. در نتيجه راندمان حرارتي كل كارخانه بهينه مي‌گردد و هزينه‌هاي توليد كاهش مي‌يابد.

كارخانجات نيشكر اصولاٌ بصورت سنتي در مراكزكشاورزي و دور از امكانات تامين برق بوده‌اند و لذا از تفاله نيشكر (باگاس) براي سوخت ديگ‌هاي توليد بخار استفاده مي‌شده است بطوريكه مقدار انرژي حرارتي توليد شده از سوخت باگاس كاملاٌ جوابگوي نياز تولد بخار و توليد برق بوده است.

امروزه با توجه به وجود سوخت‌هاي فسيلي بخصوص گاز طبيعي و مازوت در كشورهايي كه دسترسي به اين سوخت‌ها وجود دارد از باگاس براي توليدات جانبي با ارزش مثل خمير كاغذ، نئوپان‏، خوراك‌دام و بسياري ديگر از نيازها استفاده مي‌شود و درنتيجه مجموعه يك كارخانه نيشكر و توليدات جانبي سودآوري بيشتري ارايه مي‌نمايد.