C. Schreiner 2011-03-28

Automatyczne miareczkowanie zwiększa skuteczność kontroli jakości w procesach produkcji cukru

Automatyczne miareczkowanie zwiększa skuteczność kontroli jakości w procesach produkcji cukru

Czy pomyślałeś kiedykolwiek o tym, ile wysiłku potrzeba, aby kawa i ciasto były wystarczająco słodkie? Dowiedz się, jak system pomiarowy składający się z titratora T90, podajnika próbek Rondo 20 oraz oprogramowania LabX titration sprawdza się w kontroli jakości procesu wytwarzania cukru w jednej z dwóch głównych cukrowni w Szwajcarii, poczynając od buraków cukrowych, kończąc natomiast na krystalicznym białym cukrze.

Cukier jest podstawowym produktem żywnościowym, które może dosłownie osłodzic nasze życie, jeśli jest stosowany z umiarem. W przeciwieństwie do innych produktów, klienci zwykle podczas zakupu cukru nie dokonują porównań konkretnych produktów. Niemniej jednak, warto wiedzieć, skąd pochodzi cukier i jak się go produkuje.

Na całym świecie w ciągu roku produkuje się około 160 milionów ton cukru w wielu różnych krajach, takich jak Brazylia, Indie i Chiny. Cukier wytwarzany jest również w Europie. Na naszym kontynencie przeciętny mieszkaniec spożywa 35kg cukru w ciągu roku. Trzy czwarte produkcji cukru pochodzi z trzciny cukrowej. W Europie ze względu na uwarunkowania klimatyczne surowcem do produkcji cukru jest burak cukrowy.

Szwajcaria posiada dwie duże cukrownie, Zuckerfabrik Aarbeg w kantonie Berno oraz Zuckerfabrik Frauenfeld w kantonie Thurgau. Właścicielem tych zakładów jest firma ZAF AG (Zuckefabriken Aarberg Freufeld). Każdy z zakładów dostarcza około połowę całkowitej rocznej produkcji cukru wynoszącej w przybliżeniu 230 tysięcy ton. Oprócz różnych rodzajów rafinowanegi białego cukru, wytwarzane są wysłodki imelasa, które są produktami ubocznymi procesu. Są one wykorzystywane w żywieniu zwierząt. Można zatem powiedzieć, że buraki cukrowe są w pełni wykorzystywane.

Cukrownia Frauenfeld
Cukrownia jest miejscem, które robi wrażenie. Zakład zajmuje obszar kilku tysięcy metrów kwadratowych. Jest zlokalizowany w poblizu miasta Frauenfeld - głównego miasta kantonu Thurgau. Produkcja cukru w tej cukrowni została uruchomiona 47 lat temu. W okresie intensywnych zbiorów buraka cukrowego zakład zatrudnia nawet 150 osób. Okres, w którym odbywa się zbiór buraków cukrowych i produkcja cukru, nazywany jest "kampanią". nazwa ta jest odzwierciedleniem zakresu działań, który należy wykonać, aby dostarczyć buraki i je przetworzyć. Kampania trwa od września do końca grudnia. W tym okresie każdego dnia przetwarzanych jest nawet 10 tysięcy ton buraków cukrowych, z czego uzyskuje się około:
- 1500 ton cukru,
- 300 ton melasy - ciemnobrunatnego syropu cukrzanego o konsystencji miodu, którego nie poddaje sie dalszej obróbce w celu pozyskania cukru,
- 1300 ton sprasowanych wysłodków i 180 ton wysłodków suchych przeznaczonych do karmienia zwierząt.
Cukier przechowuje sie w silosach mogących pomieścić 90 tysięcy topn tego produktu.

Od buraka cukrowego do cukru
Prześledźmy wspólnie pięć głównych etapów procesu otrzymywania cukru z buraków cukrowych w cukrowni Frauenfeld.

Etap 1: sok surowy
Buraki dostarczane są do cukrowni transportem drogowym lub kolejowym, są na wstępie myte i krojone na cienkie paski lub wiórki zwane krajanką. Cukier jest następnie ekstrahowany z krajanki w dyfuzorze przy pomocy gorącej wody. Ciecz opuszczająca dyfuzor jest nazywana sokiem surowym. Zużyta krajanka lub pulpa jest prasowana i suszona, stanowiąc w tej formie paszę dla zwierząt.

Etap 2: oczyszczanie soku surowego
W cukrowni Frauenfeld sok surowy jest oczyszczany metodą klasyczną. Celem tego procesu jest usunięcie zanieczyszczeń, które uniemozliwiają krystalizacje cukru. Proces ten nazywany jest karbonatacją (saturacją), gdzie do soku dodaje się najpierw mleko wapienne, po czym całość traktuje się dwutlenkiem węgla. Związki niecukrowe ulegają fluktuacji w postaci soli wapnia i są usuwane poprzez filtrację. Podawany dwutlenek węgla wchodzi w reakcję z mlekiem wapiennym, dając nierozpuszczalny węglan wapnia, który wytrąca się zostaje równiez odfiltrowany.

Etap 3: zatężanie soku rzadkiego
Proces oczyszczania opisany w etapie 2 daje klarowny rozcieńczony roztów cukru o barwie jasnobrązowej zwany sokiem rzadkim. Jest on zatężany przez odparowanie w celu usunięcia wody. Uzyskuje się tzw. sok gęsty o zawartości cukru około 65%.

Etap 4: krystalizacja
Sok gęsty jest podawany do stacji krystalizacji. Tu ciecz jest poddawana dalszemu zatężaniu w warnikach. Do warników dodaje się drobne kryształy cukru stanowiące ośrodki krystalizacji. Zatężenie prowadzi się do momentu, aż z syropu wykrystalizuje się odpowiednia ilość cukru. Kryształy cukru są oddzielane od syropu w wirówkach, przemywane wodą i suszone.

Etap 5: cukier surowy, produkty uboczne, cukier
Pozostały syrop jest poddawany ponownej krystalizacji składającej się z dwóch etapów, w wyniku której otrzymuje sie cukier surowy i barwie żółto-brązowej. Jest on rozpuszczany i ponownie krystalizowany. Uzyskuje się w ten sposób dodatkową ilość czystego białego cukru. Pozostały syrop zawierający cukier jest produktem obocznym zwanym melasą.


Kontrola jakości
Przebieg każdego z pięciu etapów jest monitorowany przy pomocy procedury analitycznej, w trybie on-line lub w laboratorium. Tu miareczkowanie odgrywa ważną rolę podczas oczyszczania i zatężania soku.

Monitorowanie procesu oczyszczania - system T90-Rondo 20
System miareczkujący składa się z następujących głównych elementów:
- Titrator T90 Excellence,
- Moduły dozujące przeznaczone do dawkowania titranta,
- Czujnik pH DG115-SC do pomiarów pH i miareczkowań do punktu końcowego,
- Podajnik próbek Rondo 20 z 20-pozycyjną karuzelą na próbki,
- Pompy perystaltyczne SP250 do odprowadzania roztworów płuczących potrzebnych do czyszczenia czujnik pH i rurek biurety do ścieków po zakończonym miareczkowaniu,
- Oprogramowanie LabX titration do gromadzenia danych,
- Czytnik kodów kreskowych Gryphon podłączony do titratora T90 Excellence.

Oprogramowanie LabX titration jest podłączone do systemu BLMS (system wspomagający zarządzanie zakładem i laboratorium), co pozwala automatycznie eksportować przy pomocy funkcji "Autoexport" wyniki otrzymane z titratora T90 Excellency w postaci tabel Excel. Połączenie to zostało zaprogramowane wspólnie przez niemiecką firmę i szwajcarskie przedstawicielstwo handlowe METTLER TOLEDO. Dane są poddawane dalszej obróbce w systemie BLMS i udostępniane w wybranych miejscach na terenie zakładu w czasie rzeczywistym.

W okresie kampanii system pracuje 24 godziny na dobę. Aby nie dopuścić do sytuacji, gdzie jakikolwiek etap procesu znajduje się poza zakresem przyjętych tolerancji, wartości pomiarowe są przesyłane do systemu BLMS, w którym przechowywane są wartości dopuszczalne. Automatyczne przesyłanie danych pozwala operatorowm pracującym w centralnej nastawni ustalić, czy proces przebiega prawidłowo.

Analiza - wysoce wiarygodne pomiary pH, alkaliczności i wapna całkowitego
Kontrola jakości procesu produkcji cukru ma duże znaczenie. W trakcie kampanii trwającej od września do grudnia należy na dwóch etapach procesu produkcji monitorować ważne parametry kontrolne takie jak alkaliczność, twardość całkowita, pH, wapń całkowity. Tylko na etapie oczyszczania soku pobieranych jest 100 próbek na dobę. Automatyzacja ma dużą przewagę nad analizami wykonywanymi ręcznie, ponieważ jest ona dużo bardziej powtarzalna. pH i alkaliczność są oznaczane na etapie nawapniania wstępnego i nawapnienia głównego oraz podczas węglanowania pierwszego i drugiego. Najpierw wykonywany jest pomiar pH roztworu przy pomocy czujnika DG115-SC. Ozczanie alkaliczności polega na wykonaniu miareczkowania do punktu końcowego, gdzie titrantem jest kwas solny. Punkt końcowy znajduje sie w pH 8.2. W przypadku oznaczania wapnia całkowitego, próbki mleka wapiennego oraz próbki pochodzące z etapu wapnowania wstępnego, recyrkulacji szlamu oraz pierwszego węglanowania są doprowadzane do pH 2 przy pomocy kwasu solnego. CaCO3 ulega rozkładowi do CaO i CO2. Powstały CaO jest następnie miarecznowany wodorotlenkiem sodu. Analiza została zautomatyzowana do tego stopnia, że nawet niewykwalifikowany pracownik zatrudniony przy produkcji może umieścić próbkę bezpośrednio na podajniku próbek Rondo20, wprowadzić czas przy pomocy czytnika kodów kreskowych i uruchomić metodę na ekranie dotykowym, korzystając z porzycisku skrótu. W zależności od próbki i określonej dla niej metody pomiaru wykonywany jest pomiar pH, po czym następuje miareczkowanie w celu oznaczenia alaliczności oraz wapnia całkowitego.

W każdej w metod zdefiniowano wartości dopuszczalne, co pozwala mieć pewność, że każdy etap produkcji przebiega zgodnie z ustalonymi charakterystykami. Jeśli wynik badania dla konkretnej próbki nie mieści się w przyjętych granicach tolerancji, kierownik zakładu jest o tym fakcie natychmiast informowany. Odpowiednie ostrzeżenie jest wyświetlane na ekrane jego komputera. Takie rozwiązanie pozwala kierownikowi podjąć odpowiednie działania zaradcze i przystąpić do optymalizacji procesu. Wszystkie metody i wyniki badania są przechowywane w oprogramowaniu LabX pro i mozna je przesyłać do systemu BLMS.

Pełne zadowolenie
Pani Schrober, kierownik laboratorium kontroli jakości, zaznacza: "System miareczkujący sprawował się doskonale w trakcie całej kampanii. Analizy były wykonywane z wymaganą częstotliwością i charakteryzowały się należytą jakością. System doskonale sobie radził z dużymi ilościami próbek, Oprócz niezawodności, również prostota obsługi jest bardzo istotnym czynnikiem."



C. Schreiner
Na podstawie: mt.com

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii