بهینه سازی قند گیری از ملاس به روش استفن steefen

چکیده:
ملاس یکی از محصولات جانبی صنعت قند می باشد که ه نوز شامل مقادیر زیادی قند می باشد . به طوری که حدود ۵۰ % یعنی نصف ملاس حاصل ازچغندر قند را ساکارز تشکیل می دهد . یکی از راههایی که برای جدا کردن قند موجود در ملاس وجود دارد، استفاده از دستگاه استفن می باشد . بنابر این در کارخانجاتی که مجهز به این سیستم می با شند، می توان به کمک یک سری اعمال شیمیایی بیشترین مقدار این قند را از ملاس جدا نمود . به این علت که کارخانجات قند ایران از این روش جهت قند گیری از ملاس استفاده می کنند، لذا این طرح به تحقیق و بررسی در رابطه با بهینه سازی این روش می پردازد. بهینه سازی مذکور د ر رابطه با سه عامل قلیایی رآکتور، درجه حرارت رآکتور و بریکس فرملاس می باشد . بدین منظور انجام این تحقیقات شامل دو مرحله می باشد: ۱- ساخت پایلوت پلنت قند گیری از ملاس به روش استفن ۲٫ انجام آزمایشات مورد نظر توسط پایلوت پلنت این آزمایشات شامل ۲۷ تیمار در سه تکرار بوده و در هر تکرار صفات بریکس، پلاریزاسیون و کوسیان در مورد شربت ساکارات، پس Ĥب سرد و پساب گرم مورد اندازه گیری قرار گرفته است . نتایج بدست آمده نشان داد که بریکس فرملاس، قلیایی و دمای رآکتور، اثر بسیا

ری بر کوسیان ساکارات و درنتیجه راندمان قندگیری از ملاس دارد . اثرات متقابل نتایج نشان میدهد که چنانچه بریکس فرملاس ۱۰ ، قلیایی رآکتور ۱۰ و دما ی رآکتور c 8o باشد،در این صورت بهترین راندمان را در قندگیری از ملاس خواهیم داشت.
واژه هاي آليدي: ملاس ، قند گيري از ملاس ، روش استفن
-۱ مقدمه :

فرآیند قندگیری از ملاس به روش استفن ، بر اساس پیوند cao با ساکارز استوار می باشد. طرز کار قند گیری از ملاس بروش استفن بدین طریق است که ابتدا ملاس را با آب رقیق می کنند تا بریکس آن به حدود ۱۲ – ۱۰ کاهش یابد که در اینصورت به آن فرملاس می گویند، سپس تحت شرایط سرما،آهک به فرملاس اضافه می شود . در اینحالت کلسیم با ساکارز موجود در ملا

س ایجاد ساکارت می نماید . از آنجائیکه در این فعل و انفعالات دی و تری کلسیم ساکارات ساخته می شود و همچنین دی کلسیم ساکارات محلول بوده و تری کلسیم ساکارات غیر محلول می باشد، لذا اب تدا محلول حاصله راصاف نموده تا تری کلسیم ساکارات آن جدا گردد . تری ک

لسیم ساکارات بدست آمده با آب رقیق شده و به وسیلۀ پمپ به قسمت تصفیه شربت کارخانه هدایت می گردد. تا با شیر آهک مورد استفاده قرار گیرد.
چون در پساب حاصله از قندگیری از ملاس هنوز مقداری ساکارات محلول وجود دارد و با توجه به اینکه آهک در مقابل دما حساس بوده و ایجاد رسوب می نماید لذا صفت قند از این خاص

یت استفاده نموده و با افزایش دمای پساب به میزان ۹۰ – ۸۰ درجه سانتی گراد باقیمانده ساکارات محلول را به ۲صورت غیر محلول در آورده و پس از صاف کردن، ساک ارات حاصله را با ساکارات قبلی مخلوط و در فرآیند مورد استفاده قرار می دهند پساب حاصله را که به آن پساب گرم می گویند، پس از خنثی سازی با گاز بدست می آید که بجای ملاس در تفالۀ خشک کن مورد استفاده قرار می گیرد.
چنانچه شرایط مناسب در قند گیری از ملاس مورد توجه قرار گیرند در این صورت بین ۹۰ – ۸۵ % قند موجود در ملاس قابل استحصال می باشند در غیر اینصورت به نسبت عدم توجه به عوامل مؤثر در عمل، راندمان قندگیری از ملاس کاهش می یابد.
از جمله عواملی که جزو مهمترین عوامل در راندمان قندگیری از ملاس دخالت دارند شامل، بریک س فرملاس، دمای راکتور و قلیایی راکتور می باشد(منظور از راکتور، محل ایجاد واکنش بین آهک و ساکارز موجود در فرملاس می باشد و فرملاس همان ملاس رقیق شده توسط آب شده می باشد ) ، که در این کار تحقیقاتی روی این سه فاکتور کار شده است.
-۲ مواد و روشها :
انجام این پروژه شامل سه مرحله می باشد:
۱) ساخت pilot plant قندگیری از ملاس به روش استفن
۲) انجام آزمایشات مورد نظر توسط پایلوت پلینت (پایلوت پلنت)
۳) آنالیزهای آزمایشگاهی
به جهت اینکه نتایج آزمایشات حاصل از سیستم قابل تعمیم در صفت قند می باشد، لذا اقدام به طراحی و ساخت یک قند گیر از ملاس مداوم در ابعاد کوچک گردید، پایلوت پلینت مذکور شامل تمامی قسمتهای یک قندگیر از ملاس مداوم از لحاظ اصولی می باشد و شامل قسمتهای زیر است:
-۱ تانک فرملاس ۲- راکتور -۳ I راکتور II

-۴ دستگاه آهک زنی ۵- آبسردکن ۶- پمپ سیرکوله رفت و برگشتی
-۷ پمپ سیرکوله آبسرد ۸- کمپرسور ۹- شلنگهای اتصال
۱۰ – همزن ۱۱ – قیف بوخنر ۱۲ – ترمومتر
مخازن این دستگاه همگی از جنس حلب و بطور دو جدا ره ساخته شده اند بطوریکه سیرکولا سیون آب سرد و نتیجتاً خنک شدن محتویات داخل مخازن امکان پذیر می گردد . آب سر آنها خارج می گردد .
سیرکولاسیون این آب سرد از داخل جداره مخازن و آب سرد کن از طریق پمپی امکان پذیر می گردد که بدین منظور از یک پمپ کولر استفاده شده است. لوله های ورودی و خروجی همگی از جنس مس هستند که شلنگهای مربوطه در اتصال با این لوله ها مسیر جریان را هدایت می کنند.
جهت به هم زدن محتویات سه مخزن نیز از سه پمپ کولر، با دوری معادل ۳۰۰۰ دور در دقیقه استفاده شده است که در اثر چرخش پره هایی که به آن متصل شده محتویات مخازن بهم زده می شود ارتفاع مخازن طوری در نظر گرفته شده است که محتویات داخل هر مخزن تنها به کمک نیروی وزن و دراثر اختلافات ارتفاع به مخزن دیگر راه می یابد . عمل فیلتر خلاء در دستگاه قندگیر از ملاس مداوم که همان جدا کردن گل ساکارت از پساب سرد شده می با شد، در این دستگاه توس ط قیف بو خنر انجام می گیرد که خلاء لازم برای آن توسط یک کمپرسور تأمین می گردد . از آنجائیکه واکنش اصلی بین آهک و فرملاس در راکتور I انجام می گیرد، بدین دلیل جهت پاشش یکنواخت آهک مبادرت به ساخت دستگاه آهک زنی گردیده است . دستگاه آهک زنی روی راکتور I سوار شده و ساختمان نسبتاً ساده ای دارد و شامل قسمتهای زیر است:
.۱ تانک ذخیره آهک بشکل مکعب مستطیل (جنس حلب(
.۲ درب کشویی ثابت سوراخدار
.۳درب کشویی متحرک
.۴نیروی محرکه دستگاه که در اینجا از موتور سشوار استفاده شده است.
.۵بلبرینگ جهت ایجاد مسیر رفت و برگشتی درب کشویی متحرک
.۶ سطح شیبدار
طرز کار آن بدین صورت است که ابتدا آهک درون تانک ذخیره ریخته می شود . با روشن کردن دستگاه در اثر حرکت بلبرینگ نیروی حاصل از موتوربه درب کشویی متحرک متصل گشته و در هر رفت و برگشت مقدار معینی آهک را روی سطح شیبدار که دقیقاً روی مخزن راکتور I قر ار گرفته می ریزد. مزیت استفاده از موتور سشوار ایجاد دور کند و تند و دورهای مابین آن می باشد که با استفاده از این مسئله میزان ورودی آهک در دقیقه بداخل راکتور I قابل تنظیم می باشد.
.۲ ۱ انجام آزمایش:
در ابتدای کار ، فرملاس تهیه شده با بریکس مورد نظر داخل ت انک فرملاس، راکتور I و راکتور II ریخته می شود. آبسرد کن نیز بکمک پمپ سیرکوله آبسرد، محتویات سه مخزن را خنک می کند . زمانی که فرملاس موجود در سه مخزن آنقدر سرد شد که درجه حرارت آن حدود ۲ – ۴ درجه از درجه حرارت مورد نظر کمتر شد، دستگاه آهک زنی شروع بکار می کند . در این زمان پمپ سیرکوله راکتور I به راکتور II نیز مخلوط می گردد و در اثرواکنش بین آهک و فرملاس قلیایی دو راکتور بالا میرود تا جائی که بحود مورد نظر می رسد . در حین ریختن آهک بداخل راکتور I چندین بار قلیایی هر دو راکتور اندازه گیری می شود تا از ایجاد قلیایی مطلوب اطمینان حاصل گردد.
در اثر ورود آهک بداخل راکتور و ایجاد واکنش گرمازا، کم کم دمای راکتورها به میزان مطلوب میرسد و زمانیکه ترمومتر داخل مخزن راکتور ، Iدرجه حرارت مطلوب را نشان داد، دستگاه جهت شروع آزمایش به روش مداوم آماده می باشد، در اینجا آهک توزین شده و بداخل تانک آهک زنی ریخته می شود . میزان آهک مورد مصرف در هر آزمایش با توجه به میزان ورودی فرملاس به راکتور I تعیین می شود . با جریان یافتن فرملاس و همچنین روشن نمودن دستگاه آهک زنی، جریان مداومی از آهک و فرملاس در راکتور I خواهیم داشت. در این صورت پس از مدتی حجم محتویات داخل راکتور I بالا خواهد آمد و توسط لولۀ مربوطه بداخل راکتور II سرریز می نماید.
بدلیل محدودیت حجم دو راکتور، پس از مدتی محتویات راکتور II نیز سرریز می کن

د و توسط شلنگ متصل به راکتور II بداخل یک قیف برخنرهدایت می شود . این قیف در اثر اتصال با یک کمپرسور، دارای خلاء می باشد بدین وسیله شیر ساکارات خروجی از سیستم در قیف برخنر به دو فاز گل ساکارت و پساب سرد جداسازی می گردد . پساب سرد به حرارت ۹۰ – ۸۰ درجه رسانده می شود و باز توسط قیف برخنر صاف می شودکه به پساب حاصل پساب

گرم می گویند . پس از این مرحله به بعد کل ساکارات، پساب سرد و پساب گرم که محصولات عمل می باشند بایستی در آزمایشگاه مورد آنالیز قرار گرفته، بریکس، pol و Q آنها مشخص گردد.
۲-۲ – طرح آماری :
جامعه آماری در این تحقیق، ملاس کلیه کارخانجات قند چغندر قند که مجهز به سیستم استفن هستن د، می باشد . نمونه آماری نیز ملاس کارخانه قند شیرین بوده که با استفن از نمونه گیری منظم انتخاب گردیده است . طرح مورد استفاده، طرح کاملاً تصادفی بوده که شامل سه تکرار در ۲۷ تیمار می باشد. تیمارها عبارتند از فاکتوریل کامل سه عامل درجه حرارت، قلیایی راکتور و بریکس فرملاس.
میانگین های تیمارها با روش چند حوزه ای دانکن ۱ در سطح ۵% مورد مقایسه قرار گرفته اند.
عوامل مورد آزمایش مقادیر مورد آزمایش تلرانس
قلیائی راکتور ۸ ۱۰ ۱۲ ۵/ ۰ +_
درجه حرارت راکتور ۸ ۱۲ ۱۶ ۵/ ۰+_
بریکس فرملاس ۱۰ ۱۲ ۱۴ ۰۵ / ۰ +_
-۳ نتایج
-۱-۳ شربت ساکارات
اثر متقابل قلیایی رآکتور، بریکس فرملاس و درجه حرا رت راکتور بر بریکس شربت ساکارات، بین تمام تیمارهای آزمایشی برای صفت بریکس شربت ساکارات در سطح ۱% تفاوت معنی دار وجود داشته است . توضیح اینکه : اثر اصلی قلیایی راکتور و بریکس فرملاس بر روی این صفت غیر معنی دار بوده یعنی بین سه مقدار هر یک از این صفات تفاوت معنی داری وجود ندارد . اما صفت درجه حرارت راکتور بر روی مقادیر بریکس شربت ساکارات مؤثر بوده و در سط ح ۵% معنی دار می باشد . اثرات متقابل قلیایی راکتور در بریکس فرملاس، قلیایی راکتور در درجه حرارت راکتور، و همچنین بریکس فرملاس در درجه حرارت راکتور بر روی بریکس شربت ساکارات معنی دار نمی باشد . اما اثر متقابل درجه دوم قلیایی راکتور در بریکس فرملاس در درجه حرارت راکتور در سطح ۵% معنی دار می باشد. ۱ – Duncan’s multiple range test
همانطور که در نمودار شماره ۱ مشخص می باشد در قلیایی ۱۲ ، بریکس ۱۲ و درجه حرارت ۸ بیشترین مقدار بریکس وجود دارد، قلیایی ۱۰ ، بریکس ۱۰و درجه حرارت ۱۶ و همچنین قلیایی ۱۰ ، درجه حرارت cc 12 بدون تفاوت معنی دار کمترین مقدار بریکس را بدست می دهد
نمودار شماره ١ : اثرات قليايي راآتور ، بريكس فر ملاس و درجه حرارت راآتور
بربريكس شربت ساآارات
۰
۲
۴
۶
۸

۱۰
۱۲
۱۴
۱۶
ميانگين بريكس
BRIX 10
BRIX 12

BRIX 14
BRIX 10 BRIX 12 BRIX 14
BRIX 10 10.7 13.333 13.5 13.761 5.867 10.967 12.133 5.867 6.067
BRIX 12 13.267 8.967 15.567 11.067 11.067 13.2 11.767 13.033 12.367
BRIX 14 11.467 14.433 9.367 12.433 12.833 11.933 13.3 7.967 8.567
8 10 12 8 10 12 8 10 12
درجه حرارت = ۱۶ درجه حرارت = ۱۲ درجه حرارت = ۸قلیایی راکتور و درجه حرارت راکتور
نمودار شماره ۲: اثرات قلیایی راکتور ، بریکس فر ملاس و درجه حرارت راکتور بر پلاریزاسیون شربت ساکارات
۰
۲
۴
۶
۸
۱۰
۱۲
۱۴
ميانگين پلاريزاسيون
BRIX 10
BRIX 12
BRIX 14
BRIX 10 BRIX 12 BRIX 14
BRIX 10 9.933 12.5 12.167 12.333 5.3 9.767 10.567 5.267 5.267
BRIX 12 10.633 8.033 13.7 9.7 9.833 11.567 10.167 11.567 10.467
BRIX 14 9.867

۱۲٫۹ ۸٫۰۳۳ ۱۰٫۶۳۳ ۱۰٫۹۶۷ ۱۰٫۲ ۱۰٫۷ ۶٫۱۶۷ ۶٫۵۳۳
۸ ۱۰ ۱۲ ۸ ۱۰ ۱۲ ۸ ۱۰ ۱۲
درجه حرارت = ۱۶ درجه حرارت = ۱۲ درجه حرارت = قلیایی راکتور و درجه حرارت راکتور
نمودار شماره ۳: اثرات قلیایی راکتور ، بریکس فر ملاس و درجه حرارت راکتور برکوسیان شربت ساکارات
٥
۰
۲۰
۴۰
۸۰
۱۰۰

ميانگين آوسيان
BRIX 10
BRIX 12
BRIX 10 BRIX 12 BRIX 14
BRIX 10 92.83 93.75 90.12 89.62 90.33 89.05 85.09 89.77 86.81
BRIX 12 89.14 89.58 88 87.64 88.84 87.62 86.4 88.75 84.63
BRIX 14 86.04 89.37 85.75 85.52 85.45 85.47 80.45 77.407 76.25
8 10 12 8 10 12 8 10 12
درجه حرارت= ۱۶ درجه حرارت = ۱۲ درجه حرارت = قلیایی راکتور و درجه حرارت راکتور
-۲-۳ پساب سرد:
نمودار شماره ۴: اثرات قلیایی راکتور ، بریکس فر ملاس و درجه حرارت راکتور بربریکس پساب سرد
۰
۵
۱۰
۱۵
۲۰
۲۵
ميانگين بريكس
BRIX 10
BRIX 12
BRIX 14
BRIX 10 BRIX 12 BRIX 14
BRIX 10 12.367 12.867 9.5 14.3 12.1 14.3 10.5 13.8 19.167
BRIX 12 14.4 12.333 10.967 13.5 14.733 15.1 14.333 11.933 20.067
BRIX 14 15.675 11.2 18.367 13.3 15.767 18.667 21.033 16.867 21.233
8 10 12 8 10 12 8 10 12
درجه حرارت = ۱۶ درجه حرارت = ۱۲ درجه حرارت = ۸قلیایی راکتور و درجه حرارت راکتور
نمودار شماره ۵: اثرات قلیایی راکتور ، بریکس فر ملاس و درجه حرارت راکتور بر پلاریزاسیون پساب سرد
۰

۲
۴
۶
۸
۱۰
۱۲
ميانگين پلاريزاسيون
BRIX 10
BRIX 12
BRIX 10 BRIX 12 BRIX 14
BRIX 10 3.1 2.833 2.5 3.6 3.1 3.767 3.5 3.7 5.667
BRIX 12 3.633 3.067 2.867 3.567 3.967 4.4 5.233 4.167 7.433
BRIX 14 4.533 3.267 6.5 4.8 5.533 6.467 8.567 8.6 11.4
8 10 12 8 10 12 8 10 12
درجه حرارت = ۱۶ درجه حرارت = ۱۲ درجه حرارت = ۸قلیایی راکتور و درجه حرارت راکتور

نمودار شماره ۶: اثرات قلیایی راکتور ، بریکس فر ملاس و درجه حرارت راکتور برکوسیان پساب سرد
٦
a