دانلود رایگان متن کامل پایان نامه کارشناسی ارشد:بررسی مصرف انرژی و آلودگیهای زیست محیطی درتولید شکر استان خوزستان |
کشاورزی بزرگترین و قدیمیترین صنعت جهان است. تولید، فرآوری و توزیع مواد غذایی همگی محیط زیست را تغییر میدهند. به دلیل عظمت و وسعت این صنعت اثرات آن بر محیط زیست غیر قابل اجتناب بوده و میتواند جنبهه ای مثبت و یا منفی داشته باشد. برای مثال علفکشها و آفتکشهای جدید در کوتاه مدت انقلابی در کشاورزی بوجود آوردهاند. اما در دورههای طولانی اثرات نامطلوب بر محیط زیست ثابت شده است. کشاورزی دارای اثرات اولیه و ثانویه بر محیط زیست بوده که اثرات اولیه آن تاثیراتی است که در محل کشاورزی بهوقوع میپیوندد و اثرات ثانویه در محل صورت نگرفته بلکه توسط باد و جریانهای سطحی یا زیرزمینی آب بر محیط وارد میگردد که اثرات کشاورزی شامل سه گروه محلی، منطقهای و جهانی است. اثرات محلی در مکانهایی که کشاورزی انجام میگیرد، بوجود میآید و شامل فرسایش، از دست رفتن خاک و افزایش رسوبات در رودخانههای محلی میباشند. اثرات منطقهای از ترکیبی عملیات کشاورزی در مناطق بزرگ ناشی میشود که شامل بهوجود آمدن بیابانها، آلودگی در مقیاس زیاد، افزایش رسوبات در رودخانههای اصلی و دهانه رودخانهها و تغییرات در حاصلخیزی شیمیایی خاکها در مناطق بزرگ میباشند. اثرات جهانی آنهاییاند که باعث تغییرات اقلیمی و نیز تغییرات وسیع بالقوه در چرخههای شیمیایی میگردند. مشکلات اصلی ناشی از کشاورزی در زمینه مسائل زیستمحیطی شامل جنگلزدایی، کویرزدایی، فرسایش خاک، چرای مفرط، تخریب منابع آبی، تجمع فلزات سنگین، ترکیبات آلی سمی، آلودگی آب و رشد بیش از حد جلبکها میباشند (پاینده،1380).
1-2 اهمیت شکر
نیشکر از مهمترین گیاهان قندی جهان بوده که از پتانسیل تولید شکر بالا و به مقدار زیاد در واحد سطح زمین را داراست و با داشتن مسیر فتوسنتزی C4، سرعت رشد بیشتر از 40 گرم در مترمربع در روز را دارد (خواجه پور، 1377). نیشکر خاص مناطق گرمسیری بوده که مقدار قند نیشکر اغلب در حد 12-10 درصد و در مواردی تا 17 درصد میباشد (مصباحی، 1385).
شکر به عنوان ماده غذایی انرژیزا تنها ماده غذایی است که به طور خالص میتوان آنرا تولید کرد و با توجه به ارزانی این منبع تامین انرژی در مقایسه با سایر مواد غذایی، تقاضا برای مصرف آن در ایران و سایر کشورهای در حال توسعه روبه افزایش است و در زمره یکی از کالاهای استراتژیک همواره مورد توجه و حمایت دولتها میباشد. قیمت بسیار ارزان شکر در مقایسه با مقدار کالری که ایجاد مینماید این کالا را به منبع اساسی تأمین انرژی جامعههای فقیر مبدل ساخته است. از طرفی دیگر شکر برای بعضی از کشورهای صادر کننده مانند کشور کوبا به عنوان مهمترین منبع تامین درآمد ارزی محسوب میگردد (سیفیپور، 1390). حدود 60 درصد قند تولیدی جهان از نیشکر و مابقی از چغندرقند تامین میشود. تولید جهانی شکر در سال 1984 معادل 1320 هزار تن بوده و در سال 2000 به 6767 هزار تن افزایش یافت که از این میزان 3945 هزار تن آن مربوط به چغندر و2822 هزار تن دیگر از نیشکر استخراج شده بود و در سال 2013 تولید جهانی شکر به 181000 هزار تن شکر خام رسید (بینام، ب، 1392). نقش شکر بهعنوان یکی از عمدهترین محصولات کشاورزی در تجارت جهانی از اهمیت ویژهای برخوردار است. این محصول در 69 کشور گرم استوایی و نیمه گرم تا مدار 32 درجه زیر کشت قرار دارد (بهادری و کلاهچی، 1388).
1-3 عملیات مختلف سیستم تولید شکر در استان خوزستان
این عملیات شامل عملیات آبشویی، عملیات قبل از تسطیح، عملیات تسطیح و خاکورزی، عملیات کاشت، عملیات داشت مزارع و عملیات برداشت مزارع و انتقال به کارخانه و مراحل آسیاب و عصارهگیری و سیستم پالایش در کارخانه تولید شکر میباشد در عملیات آبشویی توسط بیل مکانیکی یا بلدوزر 6D و یا گریدر 16G اقدام به حوضچهسازی مزارع میکنند. پس از حوضچهسازی عملیات آبشویی به دو صورت پیوسته و منقطع انجام میشود. عملیات قبل از تسطیح شامل تخریب برم با بلدوزر یا گریدر، دیسکزنی اولیه با دیسک 24پره در دو نوبت و ماله اولیه 5/3 متری با تراکتور 110 اسب بخار در دو مرحله انجام میشود و زمین برای تسطیح با اسکریپر آماده میشود (راهدار، 1383). عملیات تسطیح با بهره گرفتن از اسکریپرهای لیزری ونگارد[3] با ظرفیت مزرعهای 5/0 هکتار در ساعت انجام میشود. پس از تسطیح عملیات خاکورزی با گاوآهن برگرداندار انجام میشود. سپس عملیات شیارزنی با بهره گرفتن از بلدوزر 8 Dیا تراکتور 200 اسب بخار و زیرشکن سه شاخه انجام میگیرد. پس از آن عملیات دیسک ثانویه در عمق 30 سانتیمتری خاک سطحی با بهره گرفتن از دیسکهای 24 یا 36 یا 44 پره 28 اینچ با تراکتور 200 اسب بخار یا بلدوزر 6 Dدر دو نوبت انجام میشود. ماله ثانویه آخرین عملیات بعد از تسطیح بوده که این عملیات در دو نوبت با ماله 5 متری و تراکتور 200 اسب بخار با ظرفیت مزرعهای 2/1 تا 5/1 هکتار در ساعت انجام میشود (زارعیشهامت، 1389). در عملیات کاشت جویچههایی به فاصله 183 سانتیمتری از هم و عمق 10 الی 15 سانتیمتری ایجاد میگردد. در کف جویچهها دو جویچه کوچک به فاصله 40 تا 45 سانتی متر از هم جهت قرار گرفتن قلمهها ایجاد میشود. این عملیات با بهره گرفتن از بلدوزر 6 Dیا تراکتورهایی با قدرت 110 اسب بخار با فاروئرهایی دو ردیفه انجام میگردد. ظرفیت مزرعهای این عملیات بسته به نوع دستگاه از 8/0 تا 4/1 هکتار در ساعت میباشد. آخرین عملیات تهیه زمین قبل از کاشت عملیات کودپاشی است. پس از کودپاشی عملیات کشت صورت
میگیرد. میزان قلمهریزی در کشت دستی حدود 5/6 تا 7 تن در هکتار و میزان ریزش در کشت ماشینی 5/8 تا 9 تن در هکتار است (سراغی، 1385). بعد از کشت مزرعه باید روی قلمه پوشانده شود. در این مرحله 3 تا 5 سانتیمتر خاک روی قلمه ریخته میشود. پس از پوشش قلمهها باید سمپاشی پیش رویشی صورت گیرد. سمی که در این مرحله انجام میگیرد آترازین با ماده مؤثر 80 درصد به مقدار 5 کیلوگرم در هکتار بوده که در 200 لیتر آب محلول میگردد (پورآذر و همکاران، 1385). بعد از سمپاشی پیش رویشی بلافاصله آبیاری اولیه صورت میگیرد. دومین آبیاری نیز بهدلیل ارتباط نحوه و زمان آن با سله بستن خاک از حساسیتی ویژه برخوردار است. از دیگر عملیات زمان داشت عملیات واکاری است. روی پشته بردن مزارع یا هیلینگ آپ[4] عملیات بعدی است. پس از آن دفع علفهای هرز به صورت اعمال سم در آب آبیاری یا هربیگیشن[5] با سمپاشی در 4 تا 5 هفته پس از کشت با مخلوطی از آمیترین + توفوردی یا آترازین + توفوردی انجام میشود و بر حسب وضعیت رشد علفها از غلظت (دز)[6] 1 تا 2 درصد آن استفاده میشود. چنانچه تراکم علفهای هزر زیاد نباشد سمپاشی دستی به صورت موضعی انجام میگیرد که ظرفیت کاری یک کارگر سمپاش به طور متوسط 56/0 هکتار در روز است. یکی دیگر از عملیات داشت وجین است که مبادرت به علف کنی میکنند. معمولا هر کارگر در روز میتواند 13/0 هکتار علف هرز باریک برگ یا 18/0 هکتار علف هرز پهن برگ و به طور متوسط 16/0 هکتار علف مخلوط را وجین کند (راهدار، 1383).
گیاه نیشکر هنگامی رسیده و آماده برداشت میباشد که درصد قند آن (عیار قند) به حدود 12 درصد و درصد خلوص شربت آن به حدود 90 درصد رسیده باشد. برداشت نیشکر ممکن است به دو روش نیمه ماشینی و یا کاملا ماشینی انجام شود. در روش برداشت نیمه ماشینی ابتدا مزرعه را آتش زده تا برگها بسوزند که این امر آلودگی زیادی به همراه دارد. کارگران نیبر ساقهها را حتیالامکان از نزدیکی سطح خاک قطع میکنند و سپس میانگرههای رأسی که رشد نکردهاند (به طول حدود 25 الی 35 سانتیمتر) حذف می نمایند. ساقههای نیشکر با استفاده دستگاه گراب لودر در سبدهای حمل نی (ونگارد) بارگیری و به کارخانه حمل میگردد. در برداشت با ماشین، ممکن است ابتدا مزرعه را آتش زده و بعد ساقهها توسط ماشین برداشت نیشکر از نزدیکی سطح خاک قطع و قطعهقطعه شده و در سبدهای حمل نی بارگیری و آنگاه به کارخانه حمل شود و یا اینکه مزرعه را آتش نزده و آنگاه اقدام به برداشت ماشینی کنند. ماشینهای جدید برداشت نیشکر ابتدا قسمت انتهایی بوته (بطور میانگین 25 تا 30 سانتیمتر) زیر مجتمع برگها را قطعهقطعه می نمایند. قطعاتی از برگ و غلاف که در اثر قطعه شدن از ساقه آزاد شدهاند، تا حدی توسط جریان شدید هوا از محصول حذف شده و در سطح مزرعه پخش میگردند. ساقههای قطعه شده جهت فرایند قندگیری توسط تریلر به کارخانه انتقال داده میشوند (احمدی، 1388).
در صنعت قند هدف از فرایند تولید، استخراج و تغلیظ کربوهیدراتهای موجود در بافت گیاه میباشد. نیشکرهای حمل شده به کارخانه جهت حذف خاکستر و باقیمانده برگها نیاز به شستوشو دارند. بطور کلی عملیات مختلفی که در کارخانه برای تولید شکر انجام میشوند شامل عصارهگیری، تصفیه شربت، فیلترهایخلاء، تبخیر، تبلور و تصفیه شکر میباشند که در مرحله عصارهگیری[7] نیشکرها پس از خرد شدن توسط یکسری چاقوهای مخصوص از بین غلتکهای آسیاب عبور داده میشود. در این مرحله 3 تا 16 آسیاب سه غلتکی وجود دارد. تفاله خروجی از آسیاب آخر باگاس[8] نامیده میشود که حدود 2 تا 3 درصد قند دارد. شربت خروجی پس از عبور از صافیها به قسمت خام کارخانه فرستاده میشود. در مرحله تصفیه شربت[9]عصاره نیشکر تیره رنگ و اسیدی میباشد و علاوه بر آن دارای مقدار زیادی ذرات نی و ذرات ریز خاک بوده که بهترین روش صاف کردن شربت استفاده از حرارت و افزودن آهک میباشد به این طریق اسیدهای آلی موجود در شربت خنثی شده و لختههایی بهوجود میآید. این مواد معلق در کلاریفایرها رسوب میکنند. این رسوبات گل نامیده میشوند که شربت صاف شده به دستگاههای تبخیر فرستاده میشود. در فیلترهای خلاء[10] رسوبات حاصله از دستگاههای تهنشین کننده به فیلترهای خلاء فرستاده شده که در آنجا توسط نازلهای مخصوص به روی لایه گل اسپری شده و تحت تاثیر خلاء در ضمن عبور از گل ذرات قندی را با خود حمل میکند. در مرحله تبخیر[11]، شربت حاصله از تهنشین کنندهها[12]مخلوطی از ساکارز، آب، گلوکز و مواد معدنی و آلی بوده که در حین تهنشین شدن از بین نرفتهاند. برای اینکه ساکارز را بتوان متبلور کرد بایستی آبهای اضافی شربت خارج میشوند و در این مرحله شربت غلیظی به نام سیروپ[13] تولید میشود. در مرحله تبلور[14] ساکارز بهوسیله روش بلورسازی در دستگاههای طبخ شکر، تبلور میشود که هدف از طبخ شربت کسب حداکثر ساکارز از سیروپ به صورت دانههای بلور با شرایط معینی میباشد. در این مرحله سه مرحله پخت انجام شده که پخت هر مرحله پس از عبور از دستگاه گریزازمرکز[15]دانههای شکر آن از ملاس جدا میشود. ملاس باقی مانده حاوی 15 الی 20 درصد قند بوده و شکر بدست آمده زرد رنگ میباشد و در آخرین مرحله یعنی تصفیه شکر جهت از بین بردن رنگ زرد شکر در این مرحله مجددا حل شده، طباخی و آهکزنی شده و سپس SO2 و کربن اکتیو اضافه شده و کریستالیزه و سانتریفیوژ میگردد (رضایی، 1387).
نمودار 1-1 فرایند تولید شکر در کارخانه استحصال شکر را نشان میدهد.
[1]. Energy
[2]. Hatrili
[3]. Vangard
[4]. Hilling up
[5]. Herbigation
[6]. Dose
[7]. Extraction
[8]. Bagas
[9]. Clarification
فرم در حال بارگذاری ...
[یکشنبه 1399-09-30] [ 11:42:00 ق.ظ ]
|