चीनी विश्व में सबसे अधिक उपभोग किए जाने वाले खाद्य पदार्थों में से एक है, जो मुख्य रूप से गन्ने और चुकंदर से प्राप्त होती है। उच्च गुणवत्ता वाली चीनी का उत्पादन एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई चरण शामिल हैं: निष्कर्षण, शुद्धिकरण, वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण और शोधन। चीनी प्रसंस्करण के प्रत्येक चरण में, चीनी के रस की गुणवत्ता और शुद्धता को सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है। कोलाइडल कण, प्रोटीन, रंगद्रव्य और सूक्ष्मजीव जैसी प्राकृतिक अशुद्धियाँ शुद्धिकरण, निस्पंदन और क्रिस्टलीकरण की दक्षता को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकती हैं।
आधुनिक चीनी निर्माण प्रक्रियाओं में रसायनों की महत्वपूर्ण भूमिका होती है। उचित रासायनिक नियंत्रण के अभाव में, ये अशुद्धियाँ परत जमने, रंग संबंधी समस्याओं और उत्पादन में कमी का कारण बन सकती हैं। चीनी निर्माण में उपयोग होने वाले रसायन न केवल दक्षता और उत्पादन बढ़ाते हैं, बल्कि उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करते हैं, ऊर्जा खपत को कम करते हैं और कारखानों को पर्यावरण संरक्षण मानकों को पूरा करने में मदद करते हैं। ये रसायन निम्न कार्य कर सकते हैं:
- स्पष्टीकरण दक्षता और ठोस-तरल पृथक्करण प्रभाव में सुधार करें।
- फलों के रस और सिरप में सूक्ष्मजीवों की वृद्धि को रोकें।
- उच्च शुद्धता वाली सफेद दानेदार चीनी के रंग हटाने के प्रभाव को बढ़ाएं।
- इवैपोरेटर और वैक्यूम इवैपोरेटर में झाग और स्केलिंग के निर्माण को नियंत्रित करें।
यह लेख गन्ने के उदाहरण से चीनी बनाने की प्रक्रिया का व्यापक सारांश प्रस्तुत करता है। इसमें यह भी बताया गया है कि सुचारू संचालन और उच्च गुणवत्ता वाली चीनी उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए प्रत्येक चरण में विभिन्न रसायनों - फ्लोकुलेंट, कीटाणुनाशक, रंग हटाने वाले एजेंट और झाग हटाने वाले एजेंट - का उपयोग कैसे किया जाता है।
चीनी उत्पादन प्रक्रिया और रसायनों का अनुप्रयोग
कच्चे माल की तैयारी
चीनी उत्पादन की शुरुआत कच्चे माल की कटाई और तैयारी से होती है। गन्ने को धोकर और काटकर उसमें से मिट्टी, पत्थर और पत्तियां हटा दी जाती हैं। इस अवस्था में, यदि रस को लंबे समय तक रखा रहने दिया जाए, तो उसमें सूक्ष्मजीव पनपने लगते हैं। कच्चे माल की सतह पर सूक्ष्मजीवों की संख्या कम करने, शर्करा उत्पादन प्रक्रिया के दौरान रस के संदूषण या खराब होने से बचाने के लिए, कभी-कभी गन्ने की सतह, भंडारण जल या सफाई उपकरणों पर कीटाणुनाशक का छिड़काव किया जाता है।
| कीटाणुनाशक प्रकार | अनुशंसित सांद्रता | आवेदन विधि | मुख्य कार्य | सावधानियां | लाभ |
| सोडियम हाइपोक्लोराइट (NaClO) | 50–200 पीपीएम मुक्त क्लोरीन | गन्ने की सतह पर 5-10 मिनट तक पानी का छिड़काव या उसे भिगोना। | व्यापक नसबंदी, सूक्ष्मजीवों की संख्या को कम करती है | क्लोरीन की सांद्रता को नियंत्रित रखें (सामान्यतः 50-200 पीपीएम मुक्त क्लोरीन)। रंग या क्रिस्टलीकरण संबंधी समस्याओं से बचने के लिए जूस में क्लोरीन की अत्यधिक मात्रा न रहने दें। आवश्यकतानुसार उपयोग के बाद धो लें या पानी निकाल दें। | व्यापक स्पेक्ट्रम नसबंदी; कम लागत। |
| सोडियम डाइक्लोरोआइसोसायन्यूरेट (एसडीआईसी) | 50–150 पीपीएम मुक्त क्लोरीन | गन्ने की सतह पर 5-10 मिनट तक पानी का छिड़काव या उसे भिगोना। | उच्च स्थिरता, उत्कृष्ट नसबंदी क्षमता | रस के क्रिस्टलीकरण और रंग पर प्रभाव पड़ने से बचने के लिए मुक्त क्लोरीन को नियंत्रित करें। | सोडियम हाइपोक्लोराइट से अधिक स्थिर; उच्च दक्षता; नियंत्रित अवशिष्ट क्लोरीन; खाद्य प्रसंस्करण वातावरण में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। |
| हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂) | 0.1%–0.5% | सफाई के पानी में मिलाकर या सतह पर छिड़काव करके इस्तेमाल करें | कीटाणुरहित, अवशेष रहित, पर्यावरण के अनुकूल | नियंत्रित सांद्रता; सतह उपचार के लिए सामान्यतः 0.1–0.5%। उपयोग के दौरान सावधानी बरतें। | यह बिना अवशेष छोड़े विघटित हो जाता है; सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल है। |
| गर्म पानी / भाप | 80-90 डिग्री सेल्सियस पर गर्म पानी या 100 डिग्री सेल्सियस पर भाप | गर्म पानी से धोना या 2-5 मिनट तक भाप से उपचार करना | बिना रासायनिक मिलाए कीटाणुशोधन | उच्च ऊर्जा खपत; उपयुक्त उपकरणों की आवश्यकता; सुरक्षा सावधानियों का पालन करें। | कोई रासायनिक योजक नहीं; रासायनिक अवशेषों को कम करता है। |
| संयंत्र/सुविधा की सफाई, जल कीटाणुशोधन | एसडीआईसी, 50–100 पीपीएम | उपकरणों और परिवहन वाहनों की सफाई | द्वितीयक संदूषण को रोकता है | नियमित रूप से क्लोरीन की मात्रा बदलें और मुक्त क्लोरीन की सांद्रता की निगरानी करें। | — |
अनुशंसित अभ्यास
जब गन्ना कारखाने में प्रवेश करता है, तो मिट्टी और अशुद्धियों को हटाने के लिए इसे पहले साफ पानी से धोया जाता है।
इसके बाद, परिस्थितियों के अनुसार कम सांद्रता वाले एसडीआईसी या सोडियम हाइपोक्लोराइट का छिड़काव करके सतह को कीटाणुरहित किया जाता है।
चीनी कारखाने के जल स्रोतों और सफाई उपकरणों को भी नियमित रूप से कीटाणुरहित किया जाना चाहिए ताकि समग्र स्वच्छ वातावरण सुनिश्चित हो सके।
रस निष्कर्षण
सफाई और कीटाणुशोधन के पहले चरण के बाद, अगला चरण गन्ने का रस निकालना है। रस आमतौर पर यांत्रिक दबाव या विसरण प्रणालियों द्वारा निकाला जाता है। इस चरण में गन्ने की कठोर संरचना को तोड़कर उससे रस निकाला जाता है।
अधिकांश मामलों में, गन्ने का रस निकालने वाली मशीन में तीन रोलर मिलें होती हैं, जिनके साथ एक चॉपर या घूमने वाले ब्लेड लगे होते हैं। एक कन्वेयर बेल्ट पर गन्ने की प्रोसेसिंग होने के बाद, उसे और रस निकालने के लिए दूसरे कन्वेयर बेल्ट पर भेजा जाता है। हालांकि, परिवहन से पहले, रस को और अधिक निकालने के लिए पहले पानी छिड़का जाता है। रस निकालने के बाद बचे हुए अवशेष को बैगास कहते हैं।
रस में घुलनशील और निलंबित अशुद्धियाँ होती हैं, जिनमें पौधे के रेशे, प्रोटीन और यहाँ तक कि पूरी तरह से धुल चुके मिट्टी के कण भी शामिल हैं। बाद में शुद्धिकरण और क्रिस्टलीकरण की दक्षता बढ़ाने के लिए इन अशुद्धियों का उपचार आवश्यक है।
गन्ने के रस का स्पष्टीकरण
चीनी बनाने की प्रक्रिया के प्रारंभिक चरण में रस का शुद्धिकरण सबसे महत्वपूर्ण कदम है। इसका उद्देश्य गन्ने के रस से अशुद्धियों (जैसे मिट्टी, प्रोटीन, कोलाइड, कार्बनिक अम्ल आदि) को दूर करना और उसकी शुद्धता में सुधार करना है। आमतौर पर, चूने की प्रक्रिया को फास्फोरस प्लवन विधि या कार्बोनेशन विधि के साथ मिलाकर अपनाया जाता है।
रासायनिक उपयोग
चूना (CaO)/चूने का दूध (Ca(OH)2): अम्लीय पदार्थों को बेअसर करता है और अशुद्धियों को अवक्षेपित करता है।
कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂)2(कार्बोनेशन विधि में प्रयुक्त): चूने के साथ अभिक्रिया करके कैल्शियम कार्बोनेट अवक्षेप बनाता है, जो अशुद्धियों को सोख लेता है।
फ्लोकुलेंट/कोगुलेंट सहायक: निलंबित ठोस पदार्थों को तेजी से जमने में मदद करता है।
सामान्यतः प्रयुक्त: पॉलीएल्युमिनियम क्लोराइड (PAC), पॉलीएक्रिलामाइड (PAM), आदि।
सल्फर (SO2) या सोडियम सल्फाइट: यह फॉस्फोरस फ्लोटेशन में विरंजन, रंगहीनता और नसबंदी में भूमिका निभाता है।
निस्पंदन और पूर्व-तापन
शुद्धिकरण के बाद, तलछट को हटाने के लिए रस को छानना आवश्यक है। वाष्पीकरण से पहले रस को पहले से गर्म करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि इससे रस की गाढ़ापन कम होता है और सूक्ष्मजीवों की वृद्धि रुकती है।
वाष्पीकरण और सांद्रण
इसके बाद फलों के रस को मल्टी-इफेक्ट इवेपोरेटर का उपयोग करके सिरप में गाढ़ा किया जाता है, जिससे नमी की मात्रा लगभग 85% से घटकर 30-40% हो जाती है। वैक्यूम वाष्पीकरण चीनी की गुणवत्ता बनाए रखने में मदद करता है, लेकिन यह कुछ परिचालन संबंधी चुनौतियां भी प्रस्तुत करता है:
- घुले हुए प्रोटीन और सर्फेक्टेंट झाग के निर्माण का कारण बनते हैं।
- इवेपोरेटर की सतह पर स्केल का जमाव।
रासायनिक अनुप्रयोग:
झाग कम करने वाले पदार्थ: उच्च तापमान पर झाग को दबाने के लिए सिलिकॉन-आधारित झाग कम करने वाले पदार्थ। मध्यम झाग वाले फलों के रस के सिस्टम के लिए उपयुक्त पॉलीथर और फैटी अल्कोहल-आधारित झाग कम करने वाले पदार्थ।
स्केल अवरोधक/फैलावकारक: वाष्पीकरण यंत्र में कैल्शियम कार्बोनेट या सल्फेट स्केल के निर्माण को रोकते हैं।
प्रभाव: कुशल झाग नियंत्रण और स्केल की रोकथाम से सुचारू वाष्पीकरण, उच्च ताप हस्तांतरण दक्षता और कम डाउनटाइम सुनिश्चित होता है।
क्रिस्टलीकरण
चीनी उत्पादन में क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया (जिसे उद्योग में अक्सर उबालना कहा जाता है) गाढ़े चीनी सिरप को ठोस सुक्रोज क्रिस्टल में बदलने का एक महत्वपूर्ण चरण है। गाढ़े सिरप को वैक्यूम केतली में उबाला जाता है ताकि चीनी का क्रिस्टलीकरण शुरू हो सके। उचित क्रिस्टलीकरण चीनी की उपज, क्रिस्टल के आकार और रंग के लिए आवश्यक है। यह एक जटिल भौतिक-रासायनिक प्रक्रिया है जिसे अवक्षेपित सुक्रोज क्रिस्टल के आकार और एकरूपता को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
इस प्रक्रिया में अक्सर झाग हटाने वाले पदार्थों का उपयोग किया जाता है। ये पदार्थ उबालने के दौरान झाग बनने को नियंत्रित करते हैं, जिससे सिरप के छलकने से बचाव होता है।
स्थिर क्रिस्टलीकरण से शर्करा की पैदावार बढ़ती है और अपकेंद्रण के दौरान होने वाले नुकसान कम होते हैं।
अपकेंद्रीकरण और पृथक्करण
क्रिस्टल बनने के बाद, सेंट्रीफ्यूज की सहायता से क्रिस्टलों को गुड़ से अलग किया जाता है और फिर गर्म पाइपों के माध्यम से सुखाया जाता है। गुड़ को आगे संसाधित करके इथेनॉल, पशु आहार या अन्य उपयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
रंगहीनता और शोधन
रंग हटाने और परिष्करण चीनी बनाने की प्रक्रिया का अंतिम चरण है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से उच्च शुद्धता वाली सफेद परिष्कृत चीनी (जैसे दानेदार चीनी या मिश्री) के उत्पादन में किया जाता है। इस चरण में बड़ी मात्रा में रसायनों और अधिशोषकों का उपयोग आवश्यक होता है।
सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले रसायनों में निम्नलिखित शामिल हैं:
सक्रिय कार्बन (पाउडर या दानेदार): पॉलीफेनॉल, कारमेल और अन्य पिगमेंट को सोख लेता है।
रंगहीन करने वाले रेजिन/आयन एक्सचेंज रेजिन: आयनिक और गैर-आयनिक रंगीन यौगिकों को हटाते हैं।
हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂): बचे हुए पिगमेंट को ऑक्सीकृत करता है, जिससे सिरप का रंग और हल्का हो जाता है।
रंग हटाने वाले एजेंट: कम ICUMSA मान और उच्च दृश्य गुणवत्ता सुनिश्चित करते हैं।
उपरोक्त विवरण में चीनी उद्योग की मुख्य प्रक्रियाओं और रासायनिक अनुप्रयोगों का वर्णन किया गया है।
संबंधित रसायनों का प्रदर्शन:
चीनी उद्योग से निकलने वाले अपशिष्ट जल का उपचार कैसे किया जाता है?
चीनी कारखानों में चीनी उत्पादन प्रक्रिया के दौरान अपशिष्ट जल उत्पन्न होता है। यह अपशिष्ट जल गुणवत्ता में जटिल होता है और इसमें प्रदूषण की मात्रा अधिक होती है, इसलिए इसे छोड़ने से पहले व्यवस्थित जल उपचार की आवश्यकता होती है।
अपशिष्ट जल मुख्य रूप से कच्चे माल की धुलाई, उपकरणों की सफाई, चीनी उत्पादन प्रक्रिया के अपशिष्ट जल, शीतलन जल/कंडेंसेट और बॉयलर ब्लोडाउन से आता है। इन अपशिष्ट जलों में बहुत उच्च सीओडी और बीओडी (चीनी की मात्रा के कारण), उच्च निलंबित ठोस पदार्थ, उच्च जैव अपघटनीयता होती है और कभी-कभी इनमें तेल और गाद भी पाई जाती है। इसलिए, इस अपशिष्ट जल के उपचार के लिए आमतौर पर प्रक्रियाओं का संयोजन—पूर्व-उपचार + जमाव और अवसादन + जैविक उपचार + उन्नत उपचार—उपयोग किया जाता है। सामान्य उपचार विधियों में भौतिक उपचार (जैसे अवसादन और निस्पंदन), रासायनिक उपचार (जैसे जमाव और उदासीनीकरण) और जैविक उपचार (जैसे सक्रिय कीचड़ प्रक्रियाएं और निर्मित आर्द्रभूमि) शामिल हैं।
चीनी उद्योग से निकलने वाले अपशिष्ट जल के उपचार के लिए किन रसायनों की आवश्यकता होती है?
विशिष्ट चरण और रासायनिक अनुप्रयोग निम्नलिखित हैं:
| उपचार चरण | उद्देश्य | अनुशंसित रसायन | मुख्य कार्य |
| 1. कच्चे माल की धुलाई और प्राथमिक उपचार | रेत, मिट्टी, रेशे और निलंबित ठोस पदार्थों को हटा दें। | पीएसी (पॉलीएल्युमिनियम क्लोराइड) | तीव्र जमाव, एसएस का निष्कासन और मैलापन |
| पीएएम (पॉलीएक्रिलामाइड) – आयनिक/गैर-आयनिक | गुच्छों का निर्माण, जमने की प्रक्रिया को बढ़ाता है | ||
| defoamer | गन्ने की धुलाई और रस निकालने के दौरान उत्पन्न होने वाले झाग को नियंत्रित करता है। | ||
| 2. समतुल्यीकरण और पीएच समायोजन | इनफ्लुएंट की गुणवत्ता को स्थिर करें, डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं के लिए पीएच को समायोजित करें | चूना (CaO / Ca(OH)₂) | पीएच स्तर बढ़ाता है, आंशिक कठोरता दूर करता है |
| सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) | सटीक पीएच समायोजन | ||
| सल्फ्यूरिक अम्ल / हाइड्रोक्लोरिक अम्ल | पीएच कम करता है | ||
| defoamer | इक्वलाइज़ेशन बेसिन में झाग को कम करता है | ||
| 3. जमाव और फ्लोकुलेशन (प्राथमिक अवसादन) | निलंबित ठोस पदार्थ, कोलाइड और रंग को हटाएँ; सीओडी को कम करें | पीएसी / पॉलीडैडमैक / पॉलीएमीन | मैलापन और रंग हटाने के लिए प्राथमिक जमाव कारक |
| पीएएम (ऋणायनिक) | यह फ्लोक की मजबूती और जमने की गति को बेहतर बनाता है। | ||
| रक्त रोधक पदार्थ (जैसे, मैग्नीशियम सिलिकेट) | स्पष्टता और स्थिरता प्रदर्शन को बढ़ाता है | ||
| 4. अवायवीय जैविक उपचार (यूएएसबी, ईजीएसबी) | उच्च कार्बनिक भार (सीओडी, बीओडी) को कम करें | पोषक तत्व योजक (एन और फास्फोरस स्रोत) | सूक्ष्मजीवों की गतिविधि और स्वस्थ बायोमास को बनाए रखें |
| पीएच समायोजक | अवायवीय जीवाणुओं के लिए इष्टतम pH (6.8–7.2) बनाए रखें। | ||
| defoamer | बायोगैस से उत्पन्न झाग को रोकता है | ||
| 5. एरोबिक उपचार (सक्रिय कीचड़, एसबीआर) | इसके अलावा, सीओडी, बीओडी और अमोनिया को कम करें। | पोषक तत्व योजक (एन और पी) | सूक्ष्मजीवों को संतुलित पोषक तत्व प्रदान करें |
| defoamer | वायु संचार के दौरान झाग को नियंत्रित करता है | ||
| जैव-एंजाइम / सूक्ष्मजीव संवर्धन | जैविक अपघटन दक्षता को बढ़ाता है | ||
| 6. उन्नत उपचार (यदि सख्त डिस्चार्ज मानक लागू होते हैं) | स्पष्टता में सुधार करें, अवशिष्ट COD, SS और रंग को हटाएँ | पॉलीएमीन / पॉलीडैडमैक | प्रभावी रंगहीनता और मैलापन दूर करना |
| पीएसी | अतिरिक्त एसएस और कोलाइड निष्कासन | ||
| पीएएम (उच्च आणविक भार) | अंतिम फ्लोकुलेशन और पॉलिश | ||
| सक्रिय कार्बन | रंग, गंध और जैविक अवशेषों को हटाता है | ||
| 7. कीटाणुशोधन और जल का पुन: उपयोग | निर्वहन या पुनः उपयोग के लिए सूक्ष्मजीव सुरक्षा सुनिश्चित करें। | कैल्शियम हाइपोक्लोराइड | शक्तिशाली कीटाणुनाशक |
| सोडियम हाइपोक्लोराइट | सामान्य ऑनलाइन खुराक कीटाणुनाशक | ||
| एसडीआईसी (सोडियम डाइक्लोरोआइसोसायन्यूरेट) | स्थिर, दीर्घकालिक क्लोरीन उत्सर्जन | ||
| टीसीसीए (ट्राइक्लोरोआइसोसायन्यूरिक एसिड) | उच्च क्लोरीन सामग्री, धीमी गति से क्लोरीनीकरण |
चीनी उत्पादन एक जटिल औद्योगिक प्रक्रिया है जिसमें कच्चे माल की तैयारी और रस निकालने से लेकर स्पष्टीकरण, वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण, शोधन और अपशिष्ट जल उपचार तक हर चरण में सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। प्रत्येक चरण अपनी चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है, जिनमें निलंबित ठोस पदार्थ, रंग, सूक्ष्मजीव गतिविधि, झाग निर्माण और स्केल जमाव शामिल हैं। चीनी उत्पादन प्रक्रिया के प्रत्येक चरण में उपयुक्त रसायनों को एकीकृत करके, चीनी मिलें उत्पादन बढ़ा सकती हैं, क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार कर सकती हैं, रंग को निखार सकती हैं, नुकसान कम कर सकती हैं और डाउनटाइम को न्यूनतम कर सकती हैं। साथ ही, अनुकूलित रासायनिक समाधान अधिक कुशल अपशिष्ट जल उपचार और कम रासायनिक अपशिष्ट के माध्यम से पर्यावरण संरक्षण में योगदान करते हैं।
सही रासायनिक साझेदार का चयन करने से चीनी मिलें उत्पादन क्षमता में सुधार कर सकती हैं, उत्पाद की गुणवत्ता में निरंतरता सुनिश्चित कर सकती हैं, उपकरणों का जीवनकाल बढ़ा सकती हैं और दीर्घकालिक परिचालन उत्कृष्टता प्राप्त कर सकती हैं।