رفرکتومتر تجهیزی نوری است که از آن برای محاسبه ضریب شکست و غلظت یا بریکس محصولات مختلف در گستره وسیعی از صنایع استفاده می‌شود. رفرکتومتر یا بریکس متر بر اساس قانون اسنل ابتدا ضریب شکست پرتوهای نور را محاسبه می‌کند و در گام بعد آن را به درصد بریکس یا سایر واحدهای مد نظر تبدیل می‌کند. در مطالب قبل وبلاگ پریسماتک به بررسی کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی، صنایع غذایی، رب و سس، عسل و قهوه پرداختیم.
در این مطلب قصد داریم به کاربرد رفرکتومتر در صنعت نیشکر بپردازیم.
محصولات نهايی متداول حاصل از نیشکر شربت، نوشيدنی‌ها، مرباجات، شيرين كننده‌ها، ليكور، اتانول و … است. اما نیشکر پس از برداشت باید طی مراحل متعددی آسیاب و تصفیه شود.
در ادامه قصد داریم به بررسی مراحل پروسس نیشکر تا تبدیل شدن آن به محصولاتی مانند شکر و ملاس بپردازیم. کاربرد رفرکتومتر اینلاین در صنعت نیشکر و در تمام مراحل موجب بهینه‌سازی عملکرد و افزایش راندمان می‌شود. تكنولوژی ديجيتال به كار رفته در رفركتومترهای اينلاين پريسماتک، در كنار طراحی قدرتمند آن‌ها، باعث اندازه‌گيری بسيار دقيق و مطمئن می‌شود و همین امر موجب كنترل كامل تمام اتوماتيك پروسه می‌شود.
پس از اينكه نيشكر برداشت شد، باید به مدت 24 ساعت فرآوری شود تا از تبديل شدن آن به گلوكوز و فروكتوز، كه باعث هدر رفتن محتويات قندی آن می‌شود، جلوگيری کرد. به طور سنتی فرآوری نيشكر شامل دو مرحله است:
امروزه اين دو مرحله به تدريج جاي خود را به يك مرحله تحت عنوان “آسياب و تصفيه” داده است. در تصویر زیر نمایی از مراحل مختلف پروسس نیشکر نشان داده شده است.
ماشين آلات مربوطه ابتدا نيشكر را شستشو داده و سپس آن را به صورت مكانيكی خرد می‌كنند. نيشكرهای خرد‌شده، بارها با آب مخلوط شده و بين غلتك‌ها خرد می‌شوند. شربت به دست آمده دارای غلظت بين۱۰ تا ۱۵٪ بریکس است و باقيمانده فيبری ساقه‌ها، كه به آن تفاله نيشكر می‌گويند، به عنوان سوخت سوزانده می‌شوند. در اين فرآيند حدود ۹۳٪ از قند موجود در گياه استخراج می‌گردد. مابقی تقاله نيز می‌تواند برای خوراك دام، ساخت كاغذ و يا سوخت تجاری استفاده شود.
شربت به دست‌آمده به سمت چند هيتر مخصوص هدايت می‌شود و غلظت آن به ۱۶ تا ۱۷٪ بریکس افزايش می‌يابد.
در اين مرحله به منظور حذف ناخالصی‌ها و از بين بردن رنگ شربت، به آن دی اكسيد سولفور اضافه می‌شود. پس از آن به منظور ته‌نشين‌سازی ناخالصی‌ها و كمک به حذف رنگدانهها، اسيدهای اورگانيک و ديگر ذرات معلق، به آن آهک اضافه می‌گردد. شربت حاوی آهک وارد مرحله شفاف‌سازی می‌شود تا ته‌نشينی صورت گيرد. در نهايت شربت شفاف راهی تجهيزات اواپراتور می‌گردد. در اينجا از فيلترهای روتاری به منظور جداسازی شكر از گل و لای استفاده می‌شود.
شربت شفاف شده، توسط دستگاه اواپراتور یا تبخیرکننده چند مرحله‌ای تا غلظت۶۰٪ بریکس تغليظ می‌شود.
عصاره غليظ شربت به دست آمده تحت شرايط خلا، تا جایی كه به فوق اشباع (Supersaturated) برسد، تغليظ می‌گردد و سپس به آن دانه‌های شكر (Seeds) اضافه می‌شود. در مرحله سرد كردن مقدار اضافی شكر باعث كريستاله شدن عصاره می‌گردد.
طی عمليات سانتريفيوژ، شكر را از ملاس جدا می‌كنند. كريستاله شدن اضافی باعث استخراج ميزان بيشتری شكر می‌گردد. پس‌مانده نهایی blackstrap نام دارد. پس از خشک كردن كريستال‌ها، رنگ شكر خام از زرد تا قهوه‌ای متفاوت خواهد بود.
اضافه كردن دي‌اكسيد سولفور به شربت نيشكر قبل از اواپراتور بسياری از ناخالصي‌هايی كه باعث رنگی شدن محصول می‌شود را سفيد می‌كند. عمليات سوفيت كردن شكرهايی به نام‌های Plantation White ،Mill White و Crystal Sugar توليد می‌كند. اين شكرها بيشترين سهم مصرف در بين كشورهايی را به خود اختصاص می‌دهند كه توليد شكر از نيشكر را دارند.
شكر خامی كه توسط تصفیه خانه دريافت می‌شود، داراي ۹۶.۵٪ تا ۹۸.۵٪ ساكارز است. بنابراين ۱.۵٪ تا ۳.۵٪ آن را ناخالصی‌هايی از جنس مواد اورگانيک، تركيبات غير اورگانيک، آب و ميكرو اورگانيسم‌ها تشكيل می‌دهد. اين شكر خام همچنين بسيار رنگی است.
همان طور که در تصویر زیر نشان داده شده است، اولين مرحله در تصفيه Affination نام دارد كه در آن كريستال‌های شكر خام در معرض عصاره سنگين (معمولاً ۶۰ تا ۸۰٪ بریکس) قرار می‌گيرند تا لايه‌های ملاس چسبيده به آن جداسازی شود. اين عصاره قوی مواد زير و غيرقندی را در خود حل می‌كند و ناخالصی‌هايی كه به صورت رسوب بر روی كريستال‌ها چسبيده‌اند را نرم می‌كند و يا در خود حل می‌كند. مخلوط به دست آمده كه ماگما (Magma) ناميده می‌شود، در سانتريفيوژها چرخانده می‌شود و سپس به منظور حذف لايه ملاس چسبيده، با آب داغ شسته می‌شود.
كريستال‌های شكر خام شسته شده، اغلب در آب حل می‌شوند و تا حدود ۷۰٪ بریکس با آب رقيق می‌شوند. در طی فرآيند كربوناسين، عصاره با شيرآهک مخلوط می‌شود و با دی اكسيد كربن واكنش می‌دهد تا يک رسوب شيميايی از كربنات كلسيم (Chalk) تشكيل شود.
رسوب Chalk مواد غيرساكارزی ارگانيک و ناخالصی‌های غيرارگانيک را به دام می‌اندازد. فيلترهای فشار برای جداسازی رسوب Chalk و توليد عصاره روشن، قهوه‌ای و شفاف مورد استفاده قرار می‌گيرند.
پس از آن، عصاره قهوه‌ای رنگ از يك سری ستون‌های رزينی اكرليكی و استايرنی و ستون‌های دانه‌ريز كربنی فعال‌شده عبور داده می‌شود. عصاره كم‌رنگ حاصل شده (Fine Liquor) برای عمليات كريستالازاسيون شكر سفيد و يا برای توليد شكر مايع فله‌ای استفاده می‌شود. این عصاره كم‌رنگ، پس از طی كردن فرآيند اواپراسيون چند مرحله‌ای و از دست دادن مقداری از آب موجود در آن، به ديگ‌های خلا پخت هدايت می‌شود. كريستاله‌شدن از طريق عمليات Seeding صورت می‌گيرد.
اين فرآيند تا زمانی كه كريستال‌ها به اندازه مورد نظر برسند، ادامه می‌يابد. مخلوط كريستال بدست آمده، و شيره اصلی وارد سانتريفيوژ شده و كريستال‌های شكر به منظور جداسازی هرگونه عصاره چسبيده شده به آن‌ها با آب داغ شسته می‌شوند.
رفركتومترهای اينلاين پريسماتک در مراحل مخلفی از فرآيند تصفيه مورد استفاده قرار می‌گيرند. حباب‌های محبوس هوا، ذرات نامحلول و تغيير رنگ محصول تاثيری در نتايج حاصل اندازه‌گيری ندارند. اين امر سبب توليد محصول با كيفيت ثابت و پايدار می‌گردد. مانيتورينگ دقيق و مطمئن برای كنترل ديگ‌های پخت از اهميت بالايی برخوردار است. اين كار باعث پايداری و ثبات در اندازه كريستال‌ها و كريستاله شدن راحت‌تر می‌گردد. علاوه بر اين، از رشد ناخاسته دانه‌ها جلوگيری می‌شود كه همين امر سبب كاهش نياز به غربال كردن محصول نهايی می‌شود. رفرکتومتر اینلاین پریسماتک را می‌توان مستقیماً در خط لوله بعد از ذوب یا در یک خط چرخشی نصب کرد تا بر غلظت عصاره تا شفاف شدن به صورت زمان واقعی نظارت کند.
فرآيند سفيد كردن (Decolorization Process) شکر حاصل از نیشکر، ناخالصی‌های ارگانيكی كه در شربت شكر باعث رنگی شدن آن می‌گردد را از بين می‌برد. اين رنگدانهها و ناخالصي‌ها توسط ستون‌ها تبادل يونی (Ion-Exchange columns) جداسازی می‌شوند.
عصاره قهوه‌ای رنگ از بين يک سری ستون‌های رزينی از جنس اكرليک، استايرن و كربن فعال‌شد ريزدانه (Granular activated carbon) عبور داده می‌شود. در اين مرحله بسته به كيفيت عصاره، می‌توان از رزين و تركيب رزين‌های مختلف استفاده نمود. عصاره كم رنگ حاصل شده برای فرآيند كريستاله شدن شكر سفيد مورد استفاده قرار می‌گيرد و يا پس از عمليات ديگر از آن برای توليد قند مايع فله‌ای استفاده می‌گردد. در فرآيند بيرنگ‌سازی يا سفيد كردن رزين‌ها نيازمند شستشوهای دوره‌ای (Periodic backwashing) هستند. زمانی كه شيرين‌سازی در حالت خاموش قرار دارد، آب داغ به داخل ستون پمپاژ می‌گردد و در خروجی به خط آب شيرين اضافه می‌گردد. پس از اينكه آب داغ شروع به عبور از بستر كربنی نمود، مسير تخليه آماده جابجايی كربن است.
رفركتومتر اينلاين پريسماتک در فرآيند كنترل شستشو مورد استفاده قرار می‌گيرد. در اين پروسه، رفركتومتر اينلاين پريسماتک بر روی خط تخليه آب شيرين نصب می‌گردد. محدوده متداول براي اندازه‌گيری در اين فرآيند ۰ تا ۲۰٪ بریکس و دما در حدود ۶۰ درجه سانتی‌گراد است.
عصاره رقيق (Thin Juice) یا همان عصاره كم‌رنگ، ابتدا گرمادهی می‌شود و سپس به اواپراتور چند مرحله‌ای پمپاژ می‌شود. غلظت مواد حل شده در عصاره از مقدار اوليه ۱۰ تا ۱۵٪ بریکس به ۵۰ تا ۶۰٪ بریکس افزايش می‌یابد. محلول حاصل شده تحت عنوان عصاره غليظ ( Thick Juice) شناخته می‌شود.
معمولاً از سيگنال‌های رفركتومتر برای تنظيم مقدار ورودی عصاره رقيق با ظرفيت كارخانه اواپراتور استفاده می‌شود (با استفاده از كنترل فيدفوروارد). همچنين با استفاده از سيگنال‌های رفركتومتر می‌توان مقدار عصاره غليظ اضافه شده به عصاره رقيق را تنظيم نمود. اين كار سبب می‌شود كه غلظت عصاره ورودی هميشه ثابت باقی بماند.
رفركتومتر اينلاين پريسماتك تنها برای مانيتور كردن خروجی مرحله نهايی اواپراتور مورد استفاده قرار نمی‌گيرد. بلكه علاوه بر آن می‌توان برای اندازه‌گيری غلظت در مراحل ميانی هم از رفرکتومتر اینلاین استفاده کرد. رفركتومتر اینلاین پريسماتک در يک حلقه كنترلی مورد استفاده قرار می‌گيرد كه غلظت عصاره نهایی (عصاره خروجی غليظ شده) را از طريق تنظيم جريان بخار و يا تنظيم مقدار عصاره غليظ برگشت شده به ورودی اواپراتور ثابت نگه می‌دارد.
رفركتومتر اينلاين پريسماتك همچنين تاثير قابل توجهی در ميزان خروجی اواپراتور و حجم توليدی كارخانه دارد. برخی تركيبات و يا افزودنی‌ها ممكن است باعث ايجاد رسوب بر روي منشور رفركتومتر شوند. در اين حالت يك سيستم اتوماتيك شستشوی منشور با بخار توصيه می‌شود. در برخي از كارخانه‌ها، عصاره غليظ شده ممكن است دارای ناخالصی‌ها فوق اشباع (براي مثال اگزاليك اسيد) باشد. این ناخالصی‌ها ممكن است باعث تشكيل بلور شكر بر روی منشور شوند. در اين حالت نيز استفاده از يك سيستم اتوماتيك شستشوی منشور با بخار ضروری است.
در برخي از موارد خاص لازم است كه سنسور رفركتومتر اينلاين پريسماتک بر روي يک لوله باريک by-path و پس از يک مبدل حرارتی خنک‌كننده نصب گردد. در اين بخش معمولاً محدوده اندازه‌گيری بين ۵۰ تا ۸۰٪ بریکس است. به دليل استفاده از تكنولوژی اندازه‌گيری ديجيتال، رفركتومتر اينلاين پريسماتک قادر به اندازه‌گيری شكر محلول است، به طوری كه وجود ذرات غير محلول و يا كريستال‌ها تاثيری بر عملكرد آن نداشته باشند.
آخرين مرحله در آسياب نيشكر، تبديل عصاره غليظ شده به كريستال توسط ديگ‌های پخت خلا است. برای مديريت كردن اين فرآيند (تبديل مايع به جامد)، به صورتی كه از لحاظ مصرف انرژی مقرون به صرفه باشد، باید چند مرحله به ترتيب انجام شود. مرحله نهايی در فرآيند كريستاله شدن ديگ C يا D ناميده می‌شود كه در آن ساكارز می‌تواند از يک مخلوط جامد-مايع به دست آيد. در اين فرآيند راندمان و كنترل پروسه در اولويت قرار دارد.
كريستاله شدن با اضافه كردن دانه با كريستال بسيار ريز به عصاره غليظ شروع می‌شود. اين فرآيند تا زمانی كه كريستال‌ها به سايز مطلوب برسند ادامه دارد. مخلوط نهايی به دست آمده از كريستال و شيره اصلی وارد سپراتورهای سانتريفيوژ شده و كريستال‌های شكر توسط آب داغ شسته می‌شوند تا عصاره چسبيده به آن‌ها از بين برود.
در فرآيند كريستاله كردن، متغيرهای بسياری وجود دارند كه باید به طور مداوم مانيتور و كنترل شوند. از جمله این متغیرها می‌توان به دما، فشار، اندازه كريستال و درصد فوق اشباع اشاره کرد. برای دستيابی به يک كريستالازاسيون يكدست و تكرار پذير، غلظت شربت استاندارد بايد ثابت نگه داشته شود. پس از افزودن دانه‌ها برای جوانه‌زنی (Seeding)، غلظت شربت اصلی كاهش می‌يابد. يك دليل نسبی برای اين موضوع اين است كه شكر از شربت اصلی گرفته و تبديل به كريستال شده است. البته اين كاهش غلظت می‌تواند به دليل اضافه كردن شربت رقيق برای جلوگيری از كريستالازاسيون خود به‌خودی هم باشد.
در اين فاز، كنترل فوق اشباع اهميت زيادی در خروجی نهايی دارد. تعداد كريستال‌ها باید از زمان جوانه‌زنی (كه پس از آن رشد كريستال‌ها شروع می‌شود.) تا انتهای فرآيند ثابت باقی بماند. در صورتی كه افت درصد فوق اشباع خيلی زياد باشد، رشد كريستال‌ها متوقف می‌شود و يا حتی می‌تواند مقداری از كريستال‌ها در محلول ذوب شوند. درصورتی كه درصد فوق اشباع در حد خيلی بالايی باقی بماند، كريستال‌های جديدی به صورت خود‌به‌خود تشكيل می‌شوند. همچنين فوق اشباعِ خيلي زياد باعث رشد كريستال‌ها در اشكال غيرمتعارف می‌شود.
رفركتومتر اينلاين پريسماتک براي تعيين نقطه جوانه‌زنی (Seeding point) و مانيتور كردن افت غلظت شربت اصلی پس از جوانه‌زنی در ديگ پخت مورد استفاده قرار می‌گيرد. رفركتومتر اينلاين پريسماتک قادر است غلظت بخش مايع را بدون دخالت بخش كريستال‌شده اندازه‌گيری کند. رفركتومتر اينلاين پريسماتك، مستقيماً بر روی ديگ پخت خلا نصب می‌گردد. در اين فرآيند غلظت به طور معمول ۶۵ تا ۹۰٪ بریکس است.
در فرآيند كريستالازاسيون نيشكر پسماندهايی به جا می‌ماند كه هنوز دارای مقادير زيادی ساكاروز حل‌شده هستند. هدف توليدكننده افزايش توانايی بازيابی اين پسماندها است. كريستالازاسيون توسط ديگ‌های پخت خلا و تحت شرايط كنترل‌شده دقيق اتفاق می‌افتد. كريستال‌های شكر سفيد در فرآيند سانتريفيوژ جداسازی می‌شوند. پس از سانتريفيوژ، شكر در درام‌های خشک‌كننده خشک می‌شود و عصاره باقيمانده برای عمليات پخت بعدی جمع‌آوری می‌گردد. اولين شكر غيرقابل قبول برگشت داده می‌شود تا در شكر Affinated حل شود و عصاره نهايی باقيمانده از شكر سفيد به فرآيند بازيابی هدايت می‌شود.
شكرهای بازيابی‌شده در سانتريفيوژها جداسازی می‌شوند. عصاره به دست آمده از آخرين مرحله بازيابی، يک محصول فرعی به نام ملاس بازيافتی را تشكيل می‌دهد. اين ملاس می‌تواند برای خوراک دام و تخمير استفاده شود و يا توسط يك مبدل يونی (Ion-exchanger) استخراج گردد.
رفركتومتر اينلاين پريسماتك می‌تواند برای طيف وسيعی از مقاصد كنترلی و مانيتورينگ در اين فرآيند مورد استفاده قرار گيرد.
در حال حاضر، رفركتومترهاي اينلاين پريسماتک در بسياری از صنايع مختلف بر روی خطوط توليد كارخانجات در حال استفاده هستند. از اين بين می‌توان به شركت زمزم تهران، شركت بهنوش تهران، پگاه گيلان، شركت لبنيات مانيماس، شركت لبنيات كومه، شركت زرين ترنج سپهر، شركت پاكبان و … اشاره كرد. همچنين در صنعت قند و نیشکر می‌توان قند پیرانشهر، قند نقش جهان، قند شیروان، کشت و صنعت کارون و کشت و صنعت دعبل خزایی را به عنوان استفاده كنندگان اين محصول نام برد.
شرکت پریسماتک تولید کننده انواع رفرکتومترهای اینلاین و پرتابل است. برای مشاهده کاتالوگ و جزئیات بیشتر، به لینک‌های زیر مراجع کنید و یا با شماره‌های شرکت پریسماتک تماس بگیرید تا مشاوران ما به شما در انتخاب رفرکتومتر مناسب کمک کنند:
در این مطلب به کاربرد رفرکتومتر در صنعت نیشکر پرداختیم. اگر این مطلب برای شما مفید بود، شاید به مطالب زیر نیز علاقه‌مند باشید:
اندازه‌گیری وزن مخصوص ادرار با رفرکتومتر کلینیکال
پریسماتک اولین تولیدکننده رفرکتومتر، فلومتر و کنداکتیویتی‌مترهای صنعتی در انواع مختلف است. برای راهنمایی در انتخاب این ابزارها با شماره های شرکت تماس بگیرید.
محصولات پریسماتک:
