هدف استفاده از رزین تبادل یونی در صنعت قند و شکر چیست؟
رزین رنگبر که یکی از انواع رزینهای تبادل یونی است در تولید شکر برای حذف ناخالصیها و آلایندهها از محلولهای قند استفاده میشود که میتوانند بر رنگ، طعم و بافت قند تأثیر بگذارد. این رزینها در واقع برای حذف انتخابی یونهای خاص از محلول قند مانند کلسیم، منیزیم، آهن و اسیدهای آلی استفاده میشوند.
رزین رنگبر (Sugar refine) به عنوان راهکاری نوین برای افزایش کارایی و سودآوری مورد توجه قرار گرفته است. رزین رنگبر قادر به جذب یونها است و با فرآیند شستشوی معکوس، یونها را آزاد کرده و مجدداً قابل استفاده میشود.
کارخانه های قند و شکر اغلب برای حمل و نقل راحت تر مواد اولیه در نزدیکی کشتزارهای نیشکر قرار دارند. شکر خام برای پردازش و تبدیل شکر سفید وارد کارخانه شده و هنگام تصفیه شکر با کدورت و رنگ زدایی است که رزین رنگبر دست به کار خواهد شد
محصولات مرتبط با صنایع قند و شکر
رزین های پراستفاده در صنایع قند و شکر
این رزین، یک رزین آنیونی باز قوی از نوع یک (Type I Strong Base) با ماتریس پلیاستایرن ماکرو متخلخل است که بهطور خاص برای پالایش املاح معدنی و رنگبری محلولهای قندی طراحی شده است. گروه عاملی آن آمین نوع چهارم (تریمتیلآمین) بوده و ظرفیت تبادل حجمی آن ≥ ۰.۸ eq/L میباشد. یکی از مهمترین ویژگیهای TA205D، نرخ رنگبری ۶۵ تا ۷۵ درصد و نرخ شستشوی بالای ۹۵٪ است که نشاندهنده جذب بالای رنگبرها و بازگشتپذیری عالی آن در هنگام احیا میباشد. این رزین بهویژه برای رنگبری شربتهای قند با درجه رنگ ICUMSA بین ۲۰۰ تا ۷۰۰ مناسب است و میتواند در دمای بالای ۷۰ درجه سانتیگراد (حداکثر ۱۰۰ درجه در فرم کلراید) کار کند که این ویژگی برای فرآیندهای گرم صنعت قند بسیار حیاتی است. احیای آن با ترکیب ۸-۱۰٪ نمک طعام + ۱-۲٪ سدیم هیدروکسید انجام میشود و محدوده pH عملیاتی آن ۳ تا ۹ است.
این رزین یک آنیونی باز قوی از نوع یک (Type I Strong Base) با ماتریس اکریلیک ماکرو متخلخل است که برخلاف نمونههای پلیاستایرنی، مقاومت بسیار بالایی در برابر آلایش آلی (Organic Fouling) داشته و دفع مواد آلی در حین احیا در آن بهمراتب بهتر انجام میشود. گروه عاملی آن نیز آمین نوع چهارم (تریمتیلآمین) بوده و ظرفیت تبادل حجمی آن ≥ ۰.۸ eq/L است. این رزین بهعنوان یک جاذب قوی برای حذف ترکیبات آلی محلول عمل کرده و در صنعت قند، معمولاً به همراه رزین TA201D و یا TA301D برای رنگبری شکر استفاده میشود. به عبارت دیگر، TA213D نقش یک لایه محافظ (Scavenger) را ایفا میکند که مواد رنگزا و اسیدهای آلی (مانند هیومیک و فولویک) را قبل از رسیدن به رزینهای اصلی جذب کرده و از تخریب آنها جلوگیری مینماید. محدوده دمای عملیاتی آن تا ۸۰ درجه سانتیگراد و pH کاری آن ۰ تا ۱۲ است.
این رزین یک آنیونی باز قوی از نوع یک (Type I Strong Base) با ماتریس پلیاستایرن ماکرو متخلخل و گروه عاملی آمین نوع چهارم (تریمتیلآمین) میباشد. ظرفیت تبادل حجمی آن ≥ ۱.۲ eq/L بوده که نسبت به دو مدل قبلی بالاتر است و آن را برای پالایش املاح معدنی کامل (Demineralization) و حذف اسیدهای قوی و ضعیف مانند سولفات، نیترات، آرسنات و سیلیکات تا سطوح بسیار پایین مناسب میسازد. هرچند کاربرد اصلی TA201D در سیستمهای پالایش املاح معدنی است، اما در صنعت قند نیز بهعنوان یک رزین رنگبری مکمل، بهویژه در ترکیب با TA213D و TA301D، مورد استفاده قرار میگیرد، زیرا ساختار ماکرو متخلخل آن توانایی جذب مولکولهای آلی محلول از جمله رنگبرها را دارد. این رزین برای پولیشینگ (تصفیه نهایی) در دماهای بالا و دبیهای بالا بسیار مناسب بوده و حداکثر دمای عملیاتی آن (در فرم هیدروکسیدی) ۶۰ درجه سانتیگراد میباشد.
این رزین یک آنیونی باز قوی از نوع دو (Type II Strong Base) با ماتریس پلیاستایرن ماکروپورس متخلخل و گروه عاملی آمین نوع چهارم با ساختار دیمتیلاتانولآمین است. ظرفیت تبادل حجمی آن ≥ ۱.۲ eq/L بوده و یکی از ویژگیهای برجسته آن، راندمان احیای بسیار بالا و بازده عملیاتی عالی بهویژه در آبهای حاوی اسیدهای معدنی آزاد (FMA) میباشد. در صنعت قند، این رزین بیشتر برای حذف قلیائیت (Dealkalization) و جذب مواد آلی مانند اسیدهای هیومیک و فولویک کاربرد دارد. نکته مهم اینکه تورم برگشتپذیر آن در تبدیل فرم کلراید به هیدروکسید کمتر از ۱۰٪ است که پایداری ابعادی بسیار خوبی را در حین بهرهبرداری تضمین میکند. همچنین حداکثر دمای عملیاتی آن در فرم کلراید تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد میرسد که این مزیت بزرگی برای فرآیندهای قندی با دمای بالا محسوب میشود. محدوده pH کاری آن ۰ تا ۱۱ است.
نکته: این رزین در صنایع غذایی و تولید آبهای خوراکی میتواند بهعنوان یک حذفکننده بسیار عالی آرسنیک (در فرمهای آرسنیت و آرسنات، بعد از کلرزنی) عمل کند و درصد این ماده سمی را به صفر برساند!
این رزین یک آنیونی باز ضعیف (Weak Base) با ماتریس پلیاستایرن ماکرو متخلخل و گروه عاملی آمین نوع سوم (دیمتیلآمین) است. ظرفیت تبادل حجمی آن ≥ ۱.۴۵ eq/L بوده که از همه مدلهای قبلی بیشتر است. ماهیت باز ضعیف بودن آن به این معنی است که این رزین فقط اسیدهای قوی (مانند اسیدهای معدنی) را جذب میکند و برخلاف رزینهای قویباز، قادر به جذب سیلیکات و اسیدهای ضعیف نیست. اما در صنعت قند، TA301D بهعنوان یک لایه محافظ در بالادست رزینهای قویباز قرار میگیرد تا اسیدهای آلی و مواد رنگزای با وزن مولکولی بالا را جذب کرده و از آلایش آلی (فولینگ) رزینهای قویباز جلوگیری کند. یکی از مزایای کلیدی آن، احیای آسان حتی با سدیم هیدروکسید دورریز حاصل از احیای رزینهای قویباز است که بهطور چشمگیری مصرف مواد شیمیایی را کاهش میدهد. حداکثر دمای عملیاتی آن ۶۰ درجه سانتیگراد در فرم هیدروکسیدی و محدوده pH کاری آن ۰ تا ۹ میباشد. از دیگر کاربردهای این رزین، شفافسازی رنگ انواع عصارههای میوه و همچنین اسید هیدروکلریک است. با توجه به عملکرد رزین TA301D، یعنی حذف اسیدهای معدنی، دامنه کارایی این رزین در راستای حذف رنگ میتواند بسیار متنوع باشد.
این رزین یک آنیونی باز ضعیف (Weak Base) با ماتریس اکریلیک ماکرو متخلخل و گروه عاملی آمین نوع سوم (دیمتیلآمین) است که بالاترین ظرفیت تبادل حجمی را در بین تمامی رزینهای این لیست، با مقدار ≥ ۲.۰ eq/L، داراست. ساختار اکریلیکی آن، مقاومت فوقالعادهای در برابر آلایش آلی ایجاد کرده و بهخصوص برای حذف و بازیابی اسیدهای آلی (مانند اسیدهای سیتریک، لاکتیک و استیک) که در شربتهای قندی وجود دارند، بسیار مناسب است. TA316D در صنعت قند، بهعنوان یک رزین رنگبری تخصصی برای حذف رنگبرهای آلی با وزن مولکولی بالا عمل میکند و به دلیل ماتریس اکریلیکی، دفع آسانتر مواد جذبشده در حین احیا را تضمین مینماید. این رزین نیز مانند TA301D با سدیم هیدروکسید ۲-۴٪ احیا شده و محدوده دمای عملیاتی آن تا ۶۰ درجه سانتیگراد و pH کاری ۰ تا ۹ است.
کاربردهای رزین تبادل یونی در فرآیندهای صنعت قند و شکر
میتوانید از هر دو رزین TA213D و TA201D به طور همزمان استفاده کنید، زیرا اثرات همافزایی مثبتی روی یکدیگر دارند. این اثرات شامل افزایش طول عمر رزینها و مهمتر از آن، کاهش چشمگیر پساب خروجی است که در نهایت منجر به صرفهجویی قابل توجهی در هزینههای جاری میشود و میتواند هزینههای سرمایهگذاری اولیه را کاملاً جبران کند.
در حالی که استفاده از رزین تبادل یونی TA201D ممکن است گزینه ارزانتری باشد، تصمیم نهایی به شرایط خاص تولید بستگی دارد. با این حال، استفاده همزمان از هر دو رزین میتواند به افزایش کارایی و فرایند رنگبری مقرون به صرفهتری منجر شود.
رزین آنیونی TA201D به طور ویژه برای حذف رادیکالهای اسیدی قوی و ضعیف، مانند سولفات، نیترات، آرسنات، کرومات و سیلیکات با غلظت بسیار پایین طراحی شده است و مناسب برای کاربردهای دییونیزاسیون، دمینرالیزاسیون و حذف آلایندههای آلی است.
رزین آنیونی TA201D از ساختار پلیمری ماکروپوروس پلیاستایرن و ترکیب کراسلینک شده با دیوینیلبنزن (DVB) با گروه عاملی تریمتیل آمین تشکیل شده است. ظرفیت آن بیش از 1.2 EQ/L و ظرفیت نگهداری رطوبت آن 50-60٪ است. محصول دارای ضریب یکنواختی بالا، اندازه موثر 0.4-0.6 میلیمتر، سرعت جریان 8-40 BV/h میباشد و مناسب برای دما و سرعت جریان بالاست.
رزین کاتیونی اسیدی ضعیف TC113، یک رزین ماکروپوروس با کیفیت بالا از شرکت Canftech کاناداست. این رزین رنگبر به طور تخصصی برای کاربرد در صنایع غذایی و نوشیدنی طراحی شده است.
رزین کاتیونی TC113 با استاندارد US FDA 21 CFR 173.25 مطابقت دارد و با گواهی NSF/ANSI 61 و تایید WQA Gold Seal Certificate، برای اعتماد و استفاده ایمن و موثر در کسب و کار شماست، ارائه شده است.
معمولاً مواد معدنی کاتیونی و آنیونی در محلول شکر وجود دارند که میتوانند بر کیفیت و ماندگاری محصول نهایی تأثیر منفی بگذارند. بنابراین، حذف آنها از طریق فرآیند تبادل یونی و با استفاده از رزین رنگبر ضروری است.
مواد معدنی آنیونی مانند سولفات و کلرید با استفاده از رزین آنیونی باز قوی (SBA) حذف میشوند. این رزینها مواد معدنی آنیونی را با یونهای هیدروکسیل مبادله میکنند که با یونهای هیدروژن خنثی شده و آب تولید میشود، در نتیجه مواد معدنی آنیونی از محلول قند خارج میشوند. به طور مشابه، مواد معدنی کاتیونی مانند کلسیم و منیزیم با استفاده از رزینهای کاتیونی اسید قوی حذف میشوند. این رزینها مواد معدنی کاتیونی را با یونهای هیدروژنی مبادله کرده که با یونهای هیدروکسیل خنثی شده و آب تولید میشود و در نتیجه مواد معدنی کاتیونی از محلول قند خارج میشوند.
استفاده از رزین رنگبر مناسب به جلوگیری از تشکیل کریستالها کمک کرده و خطر رشد میکروبیولوژیکی را کاهش میدهد. انتخاب رزین مناسب به مواد معدنی خاص موجود در محلول قند بستگی دارد.
توصیه تیم ایران کنفتک رزینهای معرفی شده با ظرفیت قابلملاحظه تبادل یونها و ساختار ماکروپورس در روند حذف مواد معدنی محلول قندی بسیار مؤثر هستند. نوع محلول قند، ناخالصیهای موجود و شرایط تولید محصول تعیینکننده نوع رزین رنگبر خواهد بود، اما استفاده همزمان از این رزینها میتواند درصد خلوص بیشتری را به همراه داشته باشد.
کریستالیزاسیون شکر توسط یونهای پتاسیم و سدیم موجود در شربت تا حدی مهار میشود، به طوری که مقادیر زیادی شکر پس از کریستالیزاسیون در ملاس باقی میماند. از آنجا که منیزیم کمتر از سدیم یا پتاسیم “ملاسیزا” است، ایده این است که شربت رقیق را از یک ستون رزین تبادل کاتیونی با اسیدیته قوی در فرم منیزیم عبور دهید. این کار تولید شکر سفید را افزایش داده و مقدار ملاس را کاهش میدهد.
رزینهای قابل استفاده:
- Canftech TC008 (که باید ابتدا به فرم ++Mg تبدیل شود)
- Canftech TC001D (که باید ابتدا به فرم ++Mg تبدیل شود)
این فرآیند بر پایه جداسازی یون است که نوعی از کروماتوگرافی تبادل یونی با استفاده از رزینهای رنگبر با اندازه ذرات یکنواخت و مش ریز است. این فرآیند شکر را از غیر شکر جدا کرده و بازیابی شکر موجود در ملاس را افزایش میدهد.
این یک فرآیند هوشمندانه است که در آن رزین با محلول سود سوزآور رقیق شده در شربت نازک بازیابی میشود. ایده اصلی این است که در حالی که کلسیم هیدروکسید در آب حل نمیشود، یونهای کلسیم با ساکارز یک کمپلکس محلول تشکیل میدهند. محلول بازیابی شده قبل از مرحله کربناسیون بازیافت میشود، بنابراین تولید ضایعات ناچیز است. علاوه بر این، شربت در آب رقیق نمیشود مانند فرآیند نرم کردن سنتی، زیرا فرآیند NRS شامل مراحل شیرین کردن خارج و شیرین کردن داخل نیست. تعادل انرژی مطلوب است و منجر به صرفهجویی در بخار میشود.
رزینهای قابل استفاده:
این یک فرآیند قدیمیتر است که در آن رزین نرمکننده با شربت غلیظ که حاوی غلظتهای بالای سدیم است بازیابی میشود. بنابراین مصرف نمک کاهش مییابد و مجدداً هیچ ضایعاتی تولید نمیشود، زیرا محلول بازیابی شده بازیافت میشود.
رزینهای قابل استفاده:
ساکارز (شکر معمولی) یک دیساکارید است. در محیط اسیدی، مولکول ساکارز به دو مونوساکارید: گلوکز و فروکتوز به نسبت مساوی شکسته میشود. شکر معکوس نسبت به ساکارز قدرت شیرینکنندگی بیشتری دارد (1.15 در مقابل 1.0) و تمایل کمتری به کریستالیزه شدن دارد که این ویژگی برای برخی محصولات غذایی صنعتی مهم است. وارونگی از طریق عبور شربت شکر از یک رزین تبادل کاتیونی با اسیدیته قوی و پیوند ضعیف در فرم H+ تولید میشود.
رزینهای قابل استفاده:
از آنجا که فروکتوز نسبت به گلوکز قدرت شیرینکنندگی بیشتری دارد (1.3 در مقابل 0.7)، شربتهای شکر معکوس میتوانند با عبور شربت از یک رزین تبادل کاتیونی با اسیدیته قوی و اندازه ذرات یکنواخت در فرم کلسیم، با فروکتوز غنی شوند. در این فرآیند، فروکتوز به نسبت گلوکز به آرامی حرکت میکند. این منجر به تشکیل باندهای جداگانهای با خلوص بالاتر از هر جزء در داخل ستون میشود. بخش فروکتوز به صورت جداگانه بازیابی میشود و دارای ارزش تجاری است. بخش گلوکز میتواند به عنوان شربت گلوکز فروخته شود یا به صورت آنزیمی به فروکتوز بیشتر تبدیل شود.
محصول معادل از برند Canftech:
رزینهای قابل استفاده:
شربتهای گلوکز برای افزایش خلوص، از مواد معدنی پاک میشوند. این فرآیند مشابه فرآیند حذف مواد معدنی از آب یا شکر است. با توجه به غلظت و دمای بالای شربتها، باید از رزینهایی با مقاومت خوب در برابر این فشارها استفاده شود.
رزینهای قابل استفاده:
نحوه چینش ستون های رزینی
سه آرایش معمول وجود دارد که به آنها میپردازیم:
کارآمدترین روش برای رنگزدایی، آرایش اکریلیک/اکریلیک است که برای مواقعی مناسب است که درصد رنگ ورودی برای رزین رنگبر بسیار بالاست.
اگر میخواهید طول عمر رزین استایرنیک خود را افزایش دهید و خروجی رنگ پایینی داشته باشید، بهتر است از ساختار و چینش اکریلیک/استایرنیک بهره ببرید. جالب است بدانید سیستمهایی که از چینش اکریلیک/اکریلیک یا اکریلیک/استایرنیک استفاده میکنند، خروجی با رنگ ثابت دارند و نوسانات رنگی را به دلیل تغییر فصول به حداقل میرسانند.
باید خاطرنشان کرد که استفاده از رزین رنگبر استایرنیک معمولاً برای شربتهای کم رنگ توصیه میشود. به طور کلی، انتخاب نوع چینش ستونها به ویژگیهای محلول خوراکی و شرایط تولید وابسته است.
تماس مستقیم با دفتر کنفتک در ایران