کاربرد ضایعات نیشکر یا محصولات جانبی نیشکر در صنعت

اگرچه قیمت های جهانی شکر و فرآورده های نفتی از سال 1973 تغییرات چشمگیری را نشان داده است، اما چشم انداز بلند مدت به احتمال زیاد افزایش تدریجی قیمت تمام سوخت های فسیلی را سبب شده و رکود و افزایش قیمت شکر نکته محتمل این ماجراست. این چشم انداز تیره تا حد زیادی، علاقه مجدد به محصولات جانبی صنعت نیشکر از ضایعات نیشکر را عنوان می نماید. که در ده سال اخیر توسعه یافته و نشان داده که استفاده بهینه از محصولات جانبی می تواند حمایتی غیر قابل چشم پوش از صنعت نیشکر داشته باشد.

محصولات جانبی اصلی نیشکر

چهار محصول جانبی اصلی صنعت نیشکر عبارتند از: تفاله های نیشکر، باگاس، گل صافی و ملاس

اگر بپذیریم که تولید جهانی نیشکر در حال حاضر به 60 میلیون تن رسیده است، میزان تولید سالانه محصولات جانبی آن تقریباً به شرح زیر است:

محصول جانبی نیشکر	تولید جهانی
تفاله	۲۰۰ میلیون تن (وزن آبدار)
باگاس	۶۰ میلیون تن (وزن خشک آبگیری شده)
گل کربناته	۵ میلیون تن (وزن خشک شده در هوا)
ملاس	۱۶ میلیون تن (در 80 درصد DM)

آمار موثقی برای نشان دادن جزئیات استفاده نهایی از این محصولات فرعی در سطح جهانی در دسترس نیست، اما اگرچه استفاده از آنها بعداً با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار خواهد گرفت، که به عنوان تصویری بسیار تقریبی از تجارت آنها می توان گفت که در حال حاضر سطوح تفاله و گل فیلتر تا حد زیادی نادیده گرفته می شوند. که باگاس در داخل خود کارخانه ها عمدتاً به عنوان سوخت برای تولید بخار و بخش کوچکی از آن نیز برای تولید خمیر و تخته استفاده می شود. و اینکه ملاس یا به عنوان خوراک دام یا پس از تبدیل به عنوان رم، الکل قابل شرب یا الکل صنعتی استفاده می شود.

ارتقاء ارزش و سطح قیمت محصولات جانبی

امکان استفاده نهایی بیش از 150 مور از محصولات جانبی صنعت نیشکر وجود دارد. اما بسیاری از آنها، تحت شرایط تکنولوژیکی و بازاریابی کنونی، دارای منافع اقتصادی ناچیزی هستند. اما تنها حدود 38 محصول نهایی وجود دارد که ما آنها را بالقوه و مهم می دانیم یا در شرایط عادی نشان داده اند که منافع اقتصادی دارند.

یا به عبارتی حداکثر ارزش با پردازش پیچیده‌تر همراه با شدت سرمایه لازم و دانش فنی پیچیده را در بازارهای رقابتی دارند. البته حداکثر کردن سود به طور خودکار با پیچیدگی فرآیند مرتبط نیست و اغلب به مزیت‌های شرایط محلی یا نزدیکی بازار صادراتی پردرآمد بستگی دارد.

به عنوان مثال، ملاس را می توان به سادگی صادر کرد و 25 تا 30 دلار در هر تن درآمد بدست آورد.

با این حال، با تبدیل ملاس به اسید سیتریک (به ارزش 1600 دلار آمریکا در هر تن) یعنی می شود گفت حدود 330 کیلوگرم اسید سیتریک از یک تن ملاس به ارزش 528 دلار آمریکا به دست می آید، که حدود 18 برابر بیشتر از فروش ملاس بصورت خام است.

با این حال باید اشاره کنیم که به طور کلی یافتن بازاری برای 30000 تن اسید سیتریک (به ارزش 750000 دلار آمریکا) بسیار ساده تر از یافتن خریدار برای 10000 تن اسید سیتریک (به ارزش 16000000 دلار آمریکا) است. ). قیمت بازار محصولات جانبی صنعت نیشکر از کشوری به کشور دیگر با افزایش و کاهش دوره ای متفاوت است.

1) تفاله

تفاله ها ارزش واقعی بازار را ندارند. در صورت تازه بودن، آنها را می توان با علوفه با کیفیت منصفانه با ارزش خوراک متوسط، حدود 2.8 مگاژول انرژی قابل سوخت و ساز در هر کیلوگرم ماده خشک مقایسه کرد. با این حال، سرهای نیشکر باید جمع آوری و از مزارع نیشکر به مزرعه حمل شوند و ارزش آنها برای تولید کننده نیشکر احتمالاً نمی تواند بیش از 10 دلار آمریکا به ازای هر تن نی نی تازه باشد.
قیمت باگاس به طور کلی با ارزش سوخت آن مرتبط است. بنابراین از آنجایی که 1 تن باگاس کارخانه ای را می توان با 0.173 تن نفت کوره به ارزش 80 دلار آمریکا در هر تن یا دوباره با 0.263 تن زغال سنگ قیری به ارزش 55 دلار در هر تن جایگزین کرد، می توان گفت که باگاس بین دلار آمریکا ارزش دارد. 13.8 و 14.5 در هر تن (وزن آسیاب، 50 درصد رطوبت) و رقم 15 دلار آمریکا را می توان به عنوان میانگین گرد استفاده کرد.
گل های فیلتر ارزش بازار مشخصی ندارند و از آنجایی که آنها تقریباً منحصراً به عنوان کود استفاده می شوند، منطقی است که از ارزش کود آنها استفاده شود که در حال حاضر حدود 10 دلار آمریکا به ازای هر تن گل فیلتر هوا خشک شده (30 درصد رطوبت) است.
ملاس در بازارهای بین المللی معامله می شود و قیمت آن سال به سال نوسانات محسوسی دارد. متوسط قیمت فوب نیواورلئان در سال 1985، 64.33 دلار آمریکا در هر تن (در 79.5 درجه Bx) بود.

2) استفاده اصلی از باگاس مربوط به ضایعات نیشکر

باگاس در واقع همان بقایای فیبری ساقه نیشکر است که پس از خرد کردن و استخراج آب ساقه ها باقی می ماند. که شامل الیاف، آب و مقادیر نسبتاً کمی از مواد جامد محلول – عمدتاً شکر است. ترکیب متوسط باگاس آسیاب شده به شرح زیر است:

باگاس (بقایای فیبری ساقه نیشکر)	درصد مواد
فیبر (از جمله خاکستر)	۴۸.۰٪
رطوبت	۵۰.۰٪
جامدات محلول	۲.۰٪

فیبر عمدتاً از سلولز (27 درصد)، پنتوزان (30 درصد)، لیگنین (20 درصد) و خاکستر (3 درصد) تشکیل شده است.

ارزش حرارتی (CV) باگاس با فرمول به دست می آید:

خالص CV = 18 309 – 31.1 S – 207.3 W – 196.1 A (بیان شده در kJ/kg)

که در آن
S = جامدات محلول % باگاس
W = رطوبت % باگاس، و
A = خاکستر % باگاس،.

اگر W = 0، S = 2 و A = 3، CV خالص باگاس خشک استخوان = 17659 کیلوژول بر کیلوگرم است.

اگر W = 50، S = 2 و A = 1 1/2، آنگاه CV خالص باگاس آسیاب = 7588 کیلوژول بر کیلوگرم است.

از باگاس برای تولید بخار و نیروی مورد نیاز برای راه اندازی کارخانه قند استفاده می شود.

یک کارخانه معمولی که نیشکر خام تولید می کند، به ازای هر تن نیشکر، به حدود 35 کیلووات ساعت و 450 کیلوگرم بخار خروجی نیاز دارد.

اخیراً پیشرفت های زیادی حاصل شده است و با کارکرد مداوم تشت ها، کریستالایزرها و سانتریفیوژها و یک ایستگاه تبخیر کارآمد، یک کارخانه قند خام مدرن اکنون می تواند با 30 کیلو وات ساعت و 300 کیلوگرم بخار خروجی در هر تن نیشکر کار کند. بنابراین در چنین کارخانه ای می تواند 50 درصد باگاس تولیدی خود را صرفه جویی کند و از این باگاس می توان برای تولید برق شبکه استفاده کرد.

یا از آن به عنوان ماده اولیه برای تولید کاغذ، مقوا، فورفورال و غیره صرفه جویی کرد.

الف) برق

راه حل ساده تر، تولید برق از باگاس است که از طریق دیگ فشار قوی و توربو آلترناتور چگالشی ذخیره می شود. این راه حل در تعدادی از کشورهای تولید کننده نیشکر مانند هاوایی، استرالیا، ریونیون و موریس مورد توجه قرار گرفته است و با تجهیزات مدرن اکنون می توان در هر تن باگاس کارخانه ای حدود 450 کیلووات ساعت تولید کرد. یک مثال معمولی از این استفاده در جدول 1 آورده شده است و اگر باگاس کارخانه‌ای 15 دلار آمریکا در هر تن قیمت داشته باشد، می‌توان برق را در طول سال با هزینه تقریباً 6 تا 8 سنت آمریکا در هر کیلووات ساعت تولید کرد. باید قابل رقابت با قیمت حاکم بر برق در اکثر کشورهای جهان سوم باشد.

برای اقتصادی بودن، ایستگاه تولید باید به طور مداوم کار کند، مثلاً حداقل 7800 ساعت در سال. این به معنی ذخیره باگاس است که می تواند در طول دوره کشت مخلوط تولید کند. روش های مختلفی امتحان شده است:

ذخیره سازی فله خشک و مرطوب، ذخیره سازی عدل و گلوله سازی.

ذخیره سازی فله خشک غیراقتصادی بوده و برای تناژهای بزرگ مناسب نیست. ذخیره فله مرطوب کاربرد ندارد و زمانی استفاده می شود که باگاس برای تولید خمیر کاغذ استفاده شود. پلت کردن هنوز در هاوایی و موریس در حال آزمایش است، اما به نظر گران قیمت به ازای هر تن باگاس است. بنابراین ذخیره سازی عدل، که در حال حاضر پرکاربردترین روش است، انتخاب معقولی به نظر می رسد، اگرچه به فضای ذخیره سازی قابل توجهی نیاز دارد و می تواند منجر به تلفات سالانه 10 درصد بیشتر باگاس ذخیره شده شود.

تولید برق از باگاس مازاد بدون شک ساده ترین و بهترین استفاده از این محصول جانبی برای اکثر کشورهای جهان سوم تولید کننده نیشکر است. با این حال، از آنجایی که شرایط محلی به طور گسترده متفاوت است، امکان استفاده از باگاس اضافی برای تولید تخته خرده چوب، کاغذ، فورفورال یا متان به طور خلاصه در نظر گرفته خواهد شد.

ب) تخته خرده چوب

تولید تخته خرده چوب از باگاس یک فناوری کاملا اثبات شده است اما باید با تخته سه لا و تخته فیبر رقابت کند. مشکل اصلی آن هزینه بالای رزین های مصنوعی وارداتی است که به عنوان یک اتصال دهنده برای الیاف باگاس تشکیل دهنده تخته عمل می کند. همچنین ضخامت مطلوب تخته حدود 15 میلی متر است و در ادامه نمی توان از آن برای مصارف بیرونی استفاده کرد به طوری که بازار اصلی آن به پارتیشن های داخلی و مبلمان محدود می شود.

در چند سال اخیر فرآیندی در جمهوری فدرال آلمان توسعه یافته است که به موجب آن سیمان پرتلند جایگزین رزین های اوره فرمالدئید می شود، که این تخته خرده چوب چسبانده شده با سیمان را قادر می سازد تا برای دیوارهای خارجی، سقف ها و غیره استفاده شود و در نتیجه بازار آن را به طور قابل توجهی افزایش دهد. درخواست. البته توجه داشته باشید که باگاس استفاده شده نباید بیش از 0.5 درصد قند به صورت خشک استخوان داشته باشد. در غیر این صورت محصول نهایی رضایت بخش نخواهد بود. جدول 2 برخی از داده های اقتصادی مقایسه ای را برای تخته خرده چوب رزین و سیمان ساخته شده از باگاس نشان می دهد.

ج) کاغذ

کاغذ بسته بندی و مجله با کیفیت خوب را می توان با درصد بالایی از باگاس ریزش شده به عنوان ماده اولیه تولید کرد. در دسترس بودن بازار داخلی با اندازه منصفانه، باگاس مازاد کافی و آب صنعتی با کیفیت منصفانه، به غیر از سرمایه بالای کارخانه های کاغذسازی و لزوم مدیریت پساب های آلاینده، محدودیت های معمول هستند.

تا به حال تولید کاغذ روزنامه از باگاس ضایعات نیشکر دشوار و غیراقتصادی بوده است، اما پیشرفت‌های مداومی در فناوری وجود دارد و کاغذ روزنامه باگاس ممکن است در ده سال آینده امکان‌پذیر شود، به خصوص اگر با درصد مناسبی از کاغذ باطله مخلوط شود. همچنین تولید مجله یا کاغذ یادداشت در مقیاس کوچک توسط وسترن (1979) مورد بررسی قرار گرفته است و به نظر می رسد تجربه به دست آمده در هند امکان سنجی گیاهانی را که حداقل 15 تن خمیر سفید شده در 24 ساعت تولید می کنند تأیید می کند.

کرافت

فرآیندی که عموماً برای تولید خمیر باگاس مورد استفاده قرار می گیرد، فرآیند کرافت با استفاده از سولفات سدیم است. مشروب پخت سولفات واقعی حاوی مخلوطی 4:1 از سود سوزآور و سولفید سدیم است. بازده معمولی باگاس خشک شده استخوانی، که با فرآیند پخت کرافت قابل انتظار است، برای خمیر لجن سفید شده نهایی 48 درصد است. هزینه تولید، با 90 درصد باگاس خشک شده 30 دلار آمریکا در هر تن، حدود 340 دلار آمریکا به ازای هر تن خمیر لجن سفید شده خواهد بود. آب مورد نیاز در مورد 200 متر باشد 3 در هر تن پالپ. به طور مشخص، هزینه سرمایه برای کارخانه و تجهیزات حدود 12 میلیون دلار آمریکا برای یک کارخانه 50 TPD خواهد بود.

تولید خمیر و کاغذ از باگاس به عنوان استفاده اصلی از محصولات جانبی توسط کشورهای جهان سوم توصیه نمی شود، مگر اینکه شرایط محلی بسیار مساعد وجود داشته باشد. این یک فناوری نسبتاً سخت است که پس از کسب تجربه با پردازش ساده تر باگاس که در تولید برق یا تولید تخته خرده چوب مورد نیاز است، به بهترین وجه مورد استفاده قرار می گیرد.

(د) فورفورال

فورفورال یک مایع بی رنگ، قابل اشتعال، فرار و معطر است که از تعدادی مواد گیاهی حاوی پنتوسان تولید می شود – در مورد باگاس، 90 درصد آن زایلان است. با هیدرولیز اسیدی، زایلان زایلوز تولید می کند که متعاقباً 3 مولکول آب را از دست می دهد تا فورفورال را مطابق با معادله ساده شده زیر تشکیل دهد:

زایلان	زایلوز	فورفورال	آب
C5 H8 O4 + H2 O	—- C5 H10 O5	—- C5 H4 O2 +	3H2O

در عمل حدود 25 تن باگاس کارخانه ای برای تولید 1 تن فورفورال مورد نیاز است.

فورفورال مصارف صنعتی زیادی دارد، یکی از آنها به عنوان حلال انتخابی برای تصفیه روغن های روان کننده و دیگری به عنوان واسطه در تولید نایلون 6.6 و رزین های مورد استفاده برای قالب گیری پودر است.

فورفورال در هیدروژناسیون فورفوریل الکل تولید می کند که می تواند رزین های ارزان قیمت، پایدار در برابر حرارت و مقاوم در برابر خوردگی تولید کند. فورفوریل الکل همچنین در زمینه های دارویی، قارچ کش، حشره کش و حلال استفاده می شود. جدول 3 خلاصه ای از متغیرهای تولید فورفورال از باگاس را نشان می دهد.

هزینه سرمایه برای یک کارخانه 5000 تن در سال، که عموماً به عنوان حداقل ظرفیت اقتصادی در نظر گرفته می شود، حدود 9 میلیون دلار آمریکا و هزینه تولید حدود 450 دلار آمریکا به ازای هر تن فورفورال خواهد بود.

لازم به ذکر است که حدود 35 تن بخار برای تولید یک تن فورفورال مورد نیاز است، از این رو استفاده از هیدرولیز غنی از لیگنین که از فرآیند باقی مانده برای تولید بخار در یک دیگ مخصوص اهمیت دارد. بخار کم فشار به عنوان مازاد در دسترس خواهد بود و می تواند در یک کارخانه تقطیر مجاور استفاده شود.

فورفوریل الکل

از هیدروژناسیون کاتالیزوری فورفورال تولید می شود. با شروع از باگاس، کارخانه ای که سالانه 4500 تن الکل فورفوریل تولید می کند 12 تا 13 میلیون دلار آمریکا هزینه دارد و به حدود 150000 تن باگاس میل ران نیاز دارد. هزینه تولید حدود 1250 دلار آمریکا به ازای هر تن فورفوریل الکل خواهد بود.

همانطور که قبلا گفته شد، تولید فورفورال و/یا فورفوریل الکل از باگاس برای تولید خمیر و کاغذ نسبتاً پیچیده است. دو تازه وارد به این فعالیت یعنی آفریقای جنوبی و فیلیپین مشکلات اولیه داشته اند اما در حالی که اولی بر آنها غلبه کرده و در واقع ظرفیت تولید اولیه خود را دو برابر کرده است، دومی نتوانسته بازارهای سودمندی پیدا کند و از بازار خارج شده است. تولید در سه سال گذشته

بنابراین، در حال حاضر، تولید فورفورال از باگاس نباید در فهرست صنایع فرعی که قرار است توسط کشورهای جهان سوم توسعه یابد، اولویت بالایی داشته باشد.

ه) متان

مطالب زیادی در مورد تولید متان یا بیوگاز نوشته شده است و اغلب تولیدکنندگان نیشکر تحت این تصور بوده اند که فرصت خوبی برای تولید سوخت گازی اقتصادی از باگاس اضافی آنها از دست رفته است.

متان (CH 4 ) و دی اکسید کربن محصولات اصلی گازی از تخمیر متان بی هوازی زباله و مواد سلولزی هستند. از نظر تئوری 1 کیلوگرم سلولز 415 لیتر متان تولید می کند، اما در عمل این فرآیند با یک واکنش پیچیده سه مرحله ای که به صورت آبشاری عمل می کند کارایی کمتری دارد و مدیریت آن همیشه آسان نیست.

سلولز

معمولاً به راحتی توسط باکتری ها هضم می شود. با این حال، هنگامی که با لیگنین ترکیب می شود، مانند باگاس، تنها به سختی تجزیه می شود. بنابراین، یک هاضم بیوگاز در صنعت قند باید به گونه‌ای برنامه‌ریزی شود که عمدتاً روی پساب‌های تقطیر یا پساب‌های خوراک دام با مقدار کمی مغز اضافی کار کند و نه بر روی باگاس به عنوان تنها یا ماده خام اصلی در ضایعات نیشکر.

در داخل هاضم مهم است که نسبت کربن به نیتروژن در حدود 25:1 و نسبت کربن به فسفر در حدود 150:1 باشد. لجن باید کمی قلیایی و در pH حدود 7.5 نگه داشته شود و دما باید در حدود 35 درجه سانتیگراد حفظ شود. زمان نگهداری حدود 20 روز خواهد بود.

بیوگاز دارای ارزش گرمایی در حدود 22 کیلوژول 000 به ازای هر کیلوگرم (که معادل 27 500 کیلوژول در متر 3 ).

100 متر 3 هاضم می توانید در مورد ایالات متحده با تغییرات گسترده ای با توجه به پیچیدگی از آرایش هزینه 50 $ 000. این می تواند برخی از 30 000 متر تولید 3 سالانه و هزینه های تولید را می توان در 4 مورد ایالات متحده $ در هر GJ etimated – در حالی که به عنوان نقطه مرجع معاف از مالیات بنزین در آمریکا $ 8 به 10 در هر GJ.

بنابراین در حالی که باگاس خوراک مناسبی برای تولید بیوگاز نیست، می توان محصولات جانبی دیگری به ویژه لجن تقطیر را در نظر گرفت.

3) گل و لای فیلتر در ضایعات نیشکر

ناخالصی های ته نشین شده موجود در آب نیشکر، پس از حذف توسط فیلتراسیون، کیکی با محتوای رطوبت متفاوت به نام گل فیلتر تشکیل می دهند. این کیک حاوی بسیاری از آنیون‌های ماده آلی کلوئیدی است که در طی شفاف‌سازی رسوب می‌کنند، و همچنین برخی غیرقندهای مسدود شده در این رسوبات.

وزن گل های فیلتر مرطوب (80 درصد آب) به طور متوسط حدود 3.4 درصد نیشکر است.

گل فیلتر

به صورت خشک حاوی حدود 1 درصد وزنی فسفات (p 2 O 5 ) و حدود 1 درصد نیتروژن است. در نتیجه از آن به ویژه از اوایل قرن گذشته به عنوان کود استفاده می شود. گل فیلتر همچنین حاوی مخلوطی از لیپیدهای مومی و چرب به نسبت 5:2 است و موم تصفیه شده را می توان با تصفیه مناسب توسط حلال ها استخراج کرد. با این حال، باید توجه داشت که تنها 386 کیلوگرم موم تصفیه شده، که تقریباً می تواند با موم کارناوبا برابری شود، از 1000 تن نیشکر بدست می آید. این فرآیند در شرایط موجود از نظر تجاری مورد توجه نیست و، تا آنجا که می دانیم، در حال حاضر تنها یک کارخانه در هند و در مقیاس کوچک در حال فعالیت است.

استفاده از گل صافی به عنوان خوراک دام توسط تعدادی از مناطق تولیدکننده نیشکر امتحان شده است، اما تاکنون از نظر اقتصادی سودمند نبوده است، محدودیت های اصلی میزان فرآیند خشک کردن درگیر و قابلیت هضم پایین تفاله های خشک شده است.

4) ملاس حاصل از ضایعات نیشکر

صادرات ملاس به این ترتیب در تجارت بین‌المللی مهم است و از مجموع تولید جهانی (شامل ملاس چغندر) 35.5 میلیون تن در سال‌های 1985-1986، حدود 6.5 میلیون تن صادر شد. کشورهای واردکننده اصلی، یعنی ایالات متحده آمریکا، ژاپن، هلند و انگلستان، از ملاس عمدتاً برای خوراک دام استفاده می کنند.

ملاس پساب نهایی است که در تهیه شکر با کریستالیزاسیون مکرر به دست می آید. که از ضایعات نیشکر است. این شربت باقیمانده ای است که هیچ ساکارز کریستالی را نمی توان با وسایل ساده از آن به دست آورد. بازده ملاس تقریباً 3.0 درصد در هر تن نیشکر است، اما تحت تأثیر تعدادی از عوامل است و ممکن است در محدوده وسیعی متفاوت باشد (2.2 تا 3.7 درصد). وزن مخصوص بین 1.39 و 1.49 متغیر است که میانگین نشانگر آن 1.43 است.

ترکیب ملاس نیز در محدوده های نسبتاً گسترده ای متفاوت است، اما به طور متوسط به شرح زیر است:

ترکیب ملاس	درصد خلوص
آب	۲۰.۰٪
ساکارز	۳۵.۰٪
فروکتوز	۹.۰٪
گلوکز	۷.۰٪
سایر قندهای کاهنده	۳.۰٪
سایر کربوهیدرات ها	۴.۰٪
ترکیبات نیتروژن دار	۴.۵٪
اسیدهای غیر نیتروژن دار	۵.۰٪
خاکستر	۱۲.۰٪
دیگر	۵.۰٪

تعداد بسیار زیادی از محصولات را می توان از ملاس به دست آورد. مسئله خوراک دام از ملاس و سایر محصولات جانبی صنعت نیشکر در ارائه ما در نظر گرفته نخواهد شد و ما به شرح مختصر محصولات اصلی تخمیر ملاس که دارای اهمیت اقتصادی در مقیاس بین المللی هستند، یعنی رم، الکل اتیلیک محدود می شویم. ، اسید استیک، بوتانول/استون، اسید سیتریک، مخمر و مونوسدیم گلوتامات.

(الف) رام

رام محصول تقطیر الکلی حاصل از تخمیر آب ضایعات نیشکر (شربت یا ملاس) است. طعم و عطر مشخصی دارد. تولید آن از تخمیر و تقطیر اتیلیک ساده، اما انتخابی ناشی می‌شود، تعدادی استر و الکل‌های بالاتر یا “همنوع” موجود در محصول نهایی.

رام عموماً در دمای 76 درجه سانتی‌گراد تولید می‌شود و با آب رقیق می‌شود و با دمای 33 تا 40 درجه گرما به عموم فروخته می‌شود. یک تن ملاس حدود 230 لیتر رم تولید می کند (مبنای 100 درجه گرما). جدول 4، بر اساس داده های موریس، که به طور منطقی معرف شرایط جهان سوم است، نشان می دهد که چگونه قیمت فروش از تولید کننده به خرده فروش افزایش می یابد. اگر تولیدکننده بطری‌ساز و عمده‌فروش نیز باشد، سود قابل توجهی است و تولید رم از ملاس، تا حد زیادی سودآورترین صنعت در استفاده از محصولات جانبی است و در عین حال، تأمین‌کننده درآمد دولت از طریق مالیات غیر مستقیم است. مصرف سالانه رام احتمالاً بیش از 480 میلیون لیتر (1985) است.

(ب) متیل الکل (C 2 H 5 OH)

اتیل الکل یکی از مهم ترین محصولات تخمیر است و از سه نوع ماده خام به دست می آید:

محصولات ساکرین – عمدتاً ملاس، یا همچنین آب ضایعات نیشکر.
محصولات نشاسته ای – عمدتا ذرت.
محصولات سلولزی – عمدتاً ضایعات مشروب خمیر سولفیت.

با این حال، هنوز تا حد زیادی به صورت مصنوعی از اتیلن مشتق شده از نفت تولید می شود.

تحت شرایط جهان سوم، هزینه تولید اتانول (نام رایج الکل اتیلیک) از ملاس نیشکر در یک کارخانه تقطیر با اندازه مدرن و منصفانه – مثلاً 60 تا 80000 لیتر در 24 ساعت – به طور قابل توجهی به قیمت ملاس بستگی دارد.

با ملاس 75 دلار آمریکا در هر تن، هزینه اتانول 45 سنت آمریکا در هر لیتر خواهد بود.
با ملاس 50 دلار آمریکا در هر تن، هزینه اتانول 36 سنت آمریکا در هر لیتر خواهد بود.
با ملاس 25 دلار آمریکا در هر تن، هزینه اتانول 27 سنت آمریکا در هر لیتر خواهد بود.

در ملاس ضایعات نیشکر با کیفیت خوب، باید از یک تن حدود 240 لیتر اتانول (100 درجه GL) تهیه شود.

اگر به جای ملاس از آب نیشکر استفاده شود، تولید 72 لیتر در هر تن نیشکر خواهد بود (که تقریباً 100 لیتر در هر تن آب میوه است).

با آبمیوه 20 دلار آمریکا در هر تن، هزینه اتانول 48 سنت آمریکا در هر لیتر خواهد بود.
با آبمیوه 15 دلار آمریکا در هر تن، هزینه اتانول 41 سنت آمریکا در هر لیتر خواهد بود.
با آبمیوه 10 دلار آمریکا در هر تن، هزینه اتانول 34 سنت آمریکا در هر لیتر خواهد بود.

تخمین اولیه هزینه سرمایه یک کارخانه تقطیر تولید کننده الکل صنعتی با ظرفیت معمولی بین 50000 تا 150000 لیتر در 24 ساعت بین 80 تا 140 دلار آمریکا در هر لیتر ظرفیت متغیر است. بسته به اینکه آیا کارخانه تقطیر به یک ضمیمه شده است یا خیر. کارخانه قند و شکر از بخش تولید بخار سود می برد یا اینکه یک کارخانه تقطیر مستقل است که باید انرژی و بخار خود را تامین کند. اگر محصول نهایی الکل آشامیدنی تصفیه شده (96 درجه GL) یا الکل بی آب (99.8 درجه GL) باشد، هزینه سرمایه کمی بالاتر خواهد بود.

اسلوپ، ویناس یا استیلاژ

یکی از مشکلات اصلی کارخانه های تقطیر با ظرفیت بالا، جابجایی کارآمد پساب آنها است (که اسلوپ، ویناس یا استیلاژ نیز نامیده می شود) زیرا از هر لیتر اتانول 13 لیتر شیب تولید می شود. فرآیند سوئدی Biostil که اخیراً توسط Alfa Laval ساخته شده است، پیشرفت بزرگی است زیرا وزن خاک را تا 60 درصد کاهش می دهد و بنابراین در بین تولید کنندگان الکل مورد پسند فزاینده ای قرار می گیرد.

با این حال، حتی این تناژ کاهش یافته نیز باید درمان شود. و دو فرآیندی که عموماً مورد استفاده قرار می‌گیرند. عبارتند از تبخیر به اضافه سوزاندن برای بازیابی پتاس در تهویه، یا هضم بی هوازی. برای تصفیه 1000 تن در 24 ساعت. که هزینه سرمایه برای روش اول حدود 7 میلیون دلار آمریکا و هزینه خالص عملیاتی 100000 دلار آمریکا در سال خواهد بود. برای روش بی هوازی هزینه سرمایه حدود 4 میلیون دلار آمریکا و هزینه خالص عملیاتی 600000 دلار آمریکا در سال خواهد بود.

هزینه نسبتاً بالای بنزین و تمایل اخیر به کاهش آلودگی اتمسفر با جایگزینی تدریجی بنزین سرب دار با بنزین اتانول توسعه یافته، تقاضای قابل توجهی برای اتانول ایجاد کرده است. به ویژه با در نظر گرفتن طرح الکل برزیل در مقیاس بزرگ.

با این حال شرایط از کشوری به کشور دیگر متفاوت است و برای تعداد زیادی از کشورهای تولیدکننده نیشکر، شرایط فعلی نشان می‌دهد که در کشوری مانند ایران اتانول در مقایسه با بنزین همواره یک محصول نسبتاً گران است. شکل 2 نشان می دهد که چگونه با توجه به قیمت های محلی ملاس (یا آب ضایعات نیشکر) و بنزین، یک انتخاب تقریبی انجام می شود. فرض بر این است که خودرویی که با اتانول صنعتی کار می کند 15 درصد بیشتر از زمانی که با بنزین کار می کند مصرف حجمی بیشتری دارد.

ج) اسید استیک (CH 3 COOH)

اسید استیک مایعی بی رنگ با بوی تند مشخص و طعم اسیدی تند است. چگالی آن 1049 گرم در لیتر است. سرکه چاشنی است که از مواد قندی یا نشاسته ای به وسیله تخمیر الکلی و متعاقب آن استاتیک تهیه می شود. حاوی حداقل 4 درصد اسید استیک است.

تخمیر استوز هوازی است. و فرآیند تخمیر غوطه ور مدرن مستلزم هوادهی کامل باکتری سرکه – استوباکتر است. از 100 لیتر الکل مطلق حدود 950 لیتر سرکه با 10 درصد اسیدیته تولید می شود. هزینه سرمایه برای یک کارخانه سرکه 200000 لیتری در سال تقریباً 500000 دلار آمریکا برای اقلام اصلی تجهیزات است. اسید استیک در تولید انیدرید استیک، استات سلولز، وینیل استات و غیره کاربرد زیادی پیدا می‌کند.

(د) بوتانول-استون

تخمیر بوتانول-استون یک تخمیر بی هوازی واقعی است. که توسط سویه های مختلف کلستریدیوم استوبوتلیکوم ایجاد می شود. ذرت و ملاس ضایعات نیشکر مواد خام اصلی مورد استفاده هستند.

بوتانول (C 4 H 9 OH) نام صنعتی N-butyl الکل است. این مایع بی رنگ با بوی شراب و چگالی 810 گرم در لیتر است. به طور مستقیم یا غیرمستقیم در حلال لاک از طریق نمک های استات و فتالات آن و همچنین به عنوان نرم کننده، سیال هیدرولیک و واسطه استفاده می شود.

استون (CH 3 COCH 3 ) مایعی بی رنگ، فرار و قابل اشتعال با بوی مشخص و چگالی 792 گرم در لیتر است. این تعداد کاربردهای مناسبی دارد که اصلی ترین آن به عنوان حلال است.

فرآیند تخمیر مخلوطی از بوتانول/استون/اتانول به نسبت 65:30:5 تولید می کند که با تقطیر جدا می شود. تقریباً 500 کیلوگرم ملاس می تواند 65 کیلوگرم بوتانول، 30 کیلوگرم استون و 5 کیلوگرم اتانول تولید کند.

اقتصاد فرآیند تخمیر تا حد زیادی به هزینه ملاس و جریان بستگی دارد. زیرا عقیمی شدید مورد نیاز است. و استفاده از بخار تقریباً نصف وزن ملاس اولیه از ضایعات نیشکر است. به طور کلی در نظر گرفته می شود. که گیاهان مصنوعی تولید بوتانول از استالدئید اقتصادی تر از گیاهان تخمیری هستند. و این با این واقعیت تأیید می شود که تولید بوتانول تخمیری بیش از 10 درصد از کل تولید جهانی را تشکیل نمی دهد.

(ه) اسید سیتریک

اسید سیتریک معمولاً به شکل مونوهیدرات (C 6 H 8 O 7 H 2 O ) تولید می شود که کریستال های آن بی رنگ و بی بو هستند. و طعم ترش دارند و در هوای خشک به راحتی شکوفا می شوند. وزن مخصوص آنها 1.542 است.

فرآیند تخمیر شامل یک چرخه هوازی پیچیده است و ملاس ضایعات چغندر قند به عنوان ماده اولیه اصلی نسبت به ملاس حاصل از ضایعات نیشکر موفقیت بیشتری داشته است. قالب مورد استفاده Aspergillus niger است و تخمیر کشت غوطه ور اکنون به تخمیر سطحی که قبلاً استفاده می شد ترجیح داده می شود. هوادهی و هم زدن محیط ضروری است و افزودن متانول هنگام استفاده از ملاس نیشکر مفید به نظر می رسد. بازده اسید سیتریک حدود 65 درصد کل قند مصرفی است.

کارخانه ای که سالانه 2500 تن اسید سیتریک تولید کند احتمالاً هزینه سرمایه ای معادل 4 میلیون دلار آمریکا را می طلبد.

اسید سیتریک یکی از پرکاربردترین اسیدهای آلی صنعتی است که کاربردهای فزاینده ای در صنایع غذایی و نوشیدنی پیدا می کند. از آنجایی که هیچ تهدید بالقوه ای از سوی اسید سیتریک مصنوعی وجود ندارد، به نظر می رسد تولید اسید سیتریک تخمیری در کشورهای بزرگتر تولید کننده نیشکر که ملاس با قیمت نسبتاً پایین در دسترس است و در بازار محلی نوشابه، شیرینی و داروسازی ضروری است. آماده سازی در حال افزایش است.

(و) مخمر

مخمرها موجودات تک سلولی زنده پیچیده، غنی از پروتئین هستند. که از طریق تحقیقات انتخاب و جداسازی شده‌اند. و در حال حاضر از دو سویه استفاده می‌شود که عبارتند از: Saccharomyces cerevisiae برای تولید مخمر نانوایی و Torula utilis برای تولید مخمر خوراک.

جذب گلوکز در بیوسنتز هوازی مخمر را می توان تقریباً با فرمول نشان داد:

C 6 H 12 O 6 + NH 3 — C 6 H 7 O 3 NH 2 + 3H 2 O

در عمل عملکرد مخمر بسیار کمتر از 80 درصد ذکر شده در بالا است و به بیش از 54 درصد (شامل حدود 8 درصد خاکستر) نمی رسد.

مخمر نانوایی معمولاً از ملاس، غلات یا سیب زمینی تولید می شود. مخمر خوراک معمولاً از آبجو یا تقطیر کننده استفاده می کند. این مواد خام به اندازه کافی غنی از ترکیبات نیتروژنی و فسفر قابل جذب نیستند. و معمولاً افزودن ترکیبات غیر آلی آمونیوم و اسید فسفریک ضروری است.

حدود 4 کیلوگرم ملاس برای تولید 1 کیلوگرم مخمر خشک نانوایی فعال (92 درصد ماده خشک) مورد نیاز است. از مخمر در تولید نان با حدود 1 درصد وزن آرد استفاده می شود. بر اساس ماده خشک، حاوی حدود 44 درصد پروتئین است.

حدود 4 کیلوگرم ملاس نیز برای تولید 1 کیلوگرم مخمر خوراک (92 درصد ماده خشک) مورد نیاز است که به طور کلی حاوی حدود 50 درصد پروتئین خام است.

در هر دو فرآیند کافی و خوب هوادهی مهم است و برخی از 15 متر 5 به ازای هر کیلوگرم از مخمر خشک معمولا مورد نیاز است.

هزینه سرمایه برای یک کارخانه مخمر خوراک حدود 500 دلار آمریکا به ازای هر تن تولید سالانه مخمر خواهد بود. هزینه تولید تا حد زیادی تحت تأثیر هزینه ملاس است. و می تواند به طور تقریبی با معادله زیر بیان شود:

y = 4x + 70

که در آن y قیمت مخمر خوراک به دلار آمریکا در هر تن و x به دلار قیمت یک تن ملاس است. بنابراین با ملاس 50 دلار آمریکا در هر تن هزینه تولید مخمر خوراک تقریباً 270 دلار آمریکا در هر تن خواهد بود.

تولید پروتئین تک سلولی (SCP) توسط میکروارگانیسم ها از هیدروکربن ها و کربوهیدرات ها را می توان به عنوان یک توسعه طبیعی تولید مخمر خوراک در نظر گرفت. محتوای پروتئین بالای آن (65 تا 70 درصد) و امکان استفاده از بسترهای “ضایعاتی” مانند سلولز، شیره های تقطیر و سایر پساب ها نشان دهنده چشم انداز تجاری مطلوب است.

(ک) مونو سدیم-گلوتامات (C 5 H 6 O 4 . NH 2 Na. H 2 O )

مونوسدیم گلوتامات یک تقویت کننده طعم دهنده تجاری مهم با تولید جهانی حدود 250000 تن در سال است. در حال حاضر از طریق تخمیر هوازی ملاس که از ضایعات نیشکر و چغندر است تولید می شود. اما تعدادی از مسیرهای مصنوعی نیز برای تولید آن وجود دارد. به ویژه از طریق آکریلونیتریل. در فرآیند تخمیر که در کشت غوطه ور با هوادهی خوب انجام می شود. باکتری Micrococus glutamicus همراه با ملاس به عنوان ماده خام مورد استفاده قرار می گیرد. حدود 4 1/2 کیلوگرم ملاس برای تولید 1 کیلوگرم MSG مورد نیاز است که ارزش آن حدود 2.50 دلار آمریکا در هر کیلوگرم است. تقریباً 30 شرکت تولید کننده MSG در جهان با ظرفیت نصب شده حدود 325000 تن در سال وجود دارد. تولیدکنندگان بزرگتر ژاپن، جمهوری کره، جمهوری تایوان چین و ایالات متحده آمریکا هستند.

احتمالاً برای یک کشور کوچک تولیدکننده شکر، ورود به این بازار بسیار رقابتی و با عرضه بسیار دشوار خواهد بود، به خصوص که تکنیک تخمیر مورد نیاز نسبتاً پیچیده است.

ن) الکل صنعتی به عنوان سوخت پخت و پز

اگرچه این استفاده چندان مورد توجه کشورهای صنعتی نخواهد بود. اما با در نظر گرفتن تعداد بسیار زیادی از مردمی که هنوز از چوب یا زغال چوب در اجاق‌های باز برای پختن وعده‌های غذایی خود استفاده می‌کنند. و مشکل حیاتی جنگل‌زدایی در بسیاری از نقاط جهان و به ویژه در آفریقا.

لذا می بایست به استفاده کارآمد از اتانول به عنوان سوخت پخت و پز توجه شود.

یک راه حل ممکن توسط موندلیک (1979) برای استفاده از ضایعات نیشکر پیشنهاد شد. اما نظرات قابل توجهی که باید به خود جلب می نمود را نشان نداد. اتانول اجاق گاز متشکل از یک مخزن سوخت در فشار ثابت با حجم کوچکی از CO2 فشرده را نگهداری نموره که این باعث می شود اتانول به طور یکنواخت به یک مشعل تبخیر جریان یابد.

راندمان حرارتی حدود 58 درصد است در حالی که راندمان اجاق چوبی باز بین 5 تا در بهترین حالت 10 درصد متغیر است. در برخی از کشورهای آفریقایی میزان چوب مورد استفاده یک خانواده برای پخت و پز سالانه حدود 4 1/2 تن است که حدوداً تولید می کند:

4 500 × 2 530 × 5/100 = 570 000 کیلو کالری.

همان مقدار گرمایش توسط:

یعنی حدود 188 لیتر اتانول در دمای 95 درجه گرما.

ضرورت استفاده از ضایعات نیشکر در کشور های جهان سوم

اگرچه شماتیک و تکه تکه است، اما بررسی قبلی از کاربردهای فعلی محصولات جانبی اصلی صنعت نیشکر، چند انتخاب اولویت را نشان می دهد، که عموماً برای شرایط به دست آمده در کشورهای جهان سوم قابل اعمال است.

مازاد باگاس باید برای تولید برق برای شبکه استفاده شود.
اگر منبع برق از قبل کافی باشد، باگاس مازاد می تواند برای تولید تخته خرده چوب سیمانی برای بازار محلی استفاده شود.
گل های فیلتر باید به عنوان کودهای کم عیار در مزارع نیشکر استفاده شوند.
ملاس باید با توجه به نیاز بازار محلی و صادراتی به رم و الکل قابل شرب تبدیل شود.
هر ملاس اضافی باقیمانده را می توان به صورت محلی برای خوراک دام استفاده کرد یا به این ترتیب صادر کرد، بسته به قیمت بازار حاکم و مسافت حمل و نقل.
اگر استفاده بیش از حد از چوب به عنوان سوخت برای پخت و پز وجود داشته باشد که منجر به جنگل زدایی سریع شود، باید برای تولید اتانول صنعتی برای استفاده در اجاق های فشار کارآمد اقدام کرد.

نتیجه گیری کلی در استفاده از ضایعات نیشکر

به عنوان یک نتیجه گیری کلی باید تاکید کرد که استفاده در مقیاس وسیع از محصولات جانبی صنعت نیشکر، در صورت اجرای کارآمد، مزیت دوگانه و مهم ایجاد سود معقول، نه تنها برای خود تولیدکنندگان شکر، بلکه برای کشور ملی دارد. اقتصاد به طور کلی، همانطور که برق ارزان، جایگزینی واردات، استفاده کارآمد از سوخت های محلی و حفظ جنگل ها نمونه است.

NB ارقام زیر هر محصول بیانگر ارزش فروش به دلار آمریکا از این محصول است که از یک تن مواد خام بدست می آید (اقتباس از Paturau، 1982)

شکل 2 : خط معادل قیمت الکل و بنزین

جدول 1 : برق از باگاس ضایعات نیشکر
		بهترین شرایط	شرایط متوسط
1.	مشخصات
	– ظرفیت دیگ بخار (46 بار A، 440 درجه سانتیگراد) تن بخار در ساعت	90	90
	– ظرفیت توربو آلترناتور (تراکم در 0.10 بار A) (MW)	20	20
	– کل سرمایه گذاری برای ایستگاه تولید در حالت کار (میلیون دلار آمریکا)	9	11
	– برق تولیدی سالانه (GWH)	150	120
	– وزن باگاس استفاده شده در آسیاب (تن)	333 000	266 000
	– هزینه اکتساب باگاس کارخانه ای (دلار آمریکا به ازای هر تن)	15	20
	– میانگین هزینه حمل و نقل به ازای هر تن باگاس (دلار آمریکا)	4	5
2.	هزینه برق تولیدی (به سنت دلار آمریکا در هر کیلووات ساعت)
	– استهلاک و نگهداری (10%)	0.60	0.92
	– بازپرداخت سالانه (0.16275 برای 10 سال با بهره 10٪)	0.98	1.49
	– کار و امور اداری (100000 دلار آمریکا در سال)	0.07	0.08
	– هزینه حمل و نقل باگاس	0.89	1.11
	– هزینه اکتساب باگاس	3.33	4.48
	کل هزینه تولید در هر کیلووات ساعت	5.87	8.08
		سنت آمریکا 6.00/kWh	سنت آمریکا 8.00/kWh

جدول 2 : کارخانه تخته خرده چوب باگاس تولید شده از ضایعات نیشکر 50 TPD (در هر تن محصول)
		کارخانه استاندارد تخته رزین	کارخانه جدید تخته باند سیمانی
1.	نهاده ها به ازای هر تن محصول
	باگاس آسیاب شده	3 تن	باگاس بدون عمق (50% H 2 O)	450 کیلوگرم
	رزین های اوره فرمالدئید	80 کیلوگرم	)سیمان پورتلند	600 کیلوگرم
	سخت کننده	8 کیلوگرم	)
	موم	6 کیلوگرم	مواد شیمیایی	25 کیلوگرم
			اب	250 کیلوگرم
	کار یدی	8 نفر ساعت		6 نفر ساعت
	نفت سیاه	60 کیلوگرم		–
	بخار	1000 کیلوگرم		1000 کیلوگرم
	برق	200 کیلووات ساعت		200 کیلووات ساعت
	استهلاک	12 درصد هزینه تولید به ازای هر تن تولید سالانه	12 درصد هزینه سرمایه به ازای هر تن تولید سالانه
	تعمیرات، نگهداری، هزینه های اداری و سایر هزینه ها	7 درصد هزینه تولید	7 درصد هزینه تولید
2.	اقتصاد
	هزینه سرمایه	5.0 میلیون دلار آمریکا	9.0 میلیون دلار آمریکا
	هزینه تولید	200 دلار آمریکا به ازای هر تن تخته	دلار آمریکا به ازای هر تن تخته سیمان

جدول 3 : فورفورال از باگاس ضایعات نیشکر(فرفورال پایه 1 تنی)
مصرف		تولید
باگاس (خشک استخوان)	12.5 تن	فورفورال (99%)	1 تن
بخار	35.0 تن	استیک اسید	550 کیلوگرم
اب	70.0 تن	باقیمانده هیدرولیز (خشک استخوان)	6.75 تن
قدرت	875 کیلووات ساعت
		(این باقیمانده دارای 63 درصد رطوبت و ارزش حرارتی خالص 5442 کیلوژول بر کیلوگرم است)
زایمان (3 شیفت 8 ساعته)	216 ساعت کار در روز
نگهداری	10 درصد هزینه تولید	بخار ثانویه (125 درجه سانتیگراد اشباع شده)	7.5 تن
سربار	10 درصد هزینه تولید
استهلاک	10% هزینه سرمایه سالانه
بازاریابی (ظروف و غیره)

جدول 4 : ساختار هزینه تولید و بازاریابی رام در ضایعات نیشکر(در موریس)
			دلار آمریکا در هر لیتر رم (40 درجه گرما)
1.	ساخت
	(من)	ملاس (25 دلار آمریکا به ازای هر تن، 230 لیتر الکل در 100 درجه سانتیگراد معادل، پس از رقیق شدن، تا 575 لیتر رام در 40 درجه سانتیگراد)	0.04
	(II)	دیگر هزینه ها	0.04
	(iii)	سود	0.10
2.	بطری ساز
	(IV)	هزینه برای بطری ساز	0.18
	(v)	هزینه های بطری (بطری شیشه ای، درپوش، کارگر و غیره)	0.20
	(vi)	مالیات غیر مستقیم (پرداخت به دولت)	1.40
	(vii)	سود	0.45
3.	خرده فروش
	(viii)	هزینه برای خرده فروش	2.23
	(ix)	سود	0.55
4.	عمومی
	(ایکس)	قیمت خرده فروشی برای عموم	2.78 دلار آمریکا در هر لیتر

یکی از روش‌های ساده برای خرید و فروش نیشکر و محصولات جانبی استفاده از اینترنت است که در این زمینه سامانه تموک نمونه ای بی نظیر از فضاهای مجازی در خرید و فروش و همچنین ارائه خدمات است. لذا شما با وارد شدن به این سامانه می توانید محصول تولیدی یا وارداتی خود را معرفی و به فروش برسانید و اگر نیاز به مواد، محصول یا خدماتی خاص دارید می توانید آن ها را در سامانه تموک تقاضا گذاشته تا با دیگران مطرح نموده و مرتفع سازید.