مصفاة سكر

مصفاة سكر دومينو في أرابي، لويزيانا، الولايات المتحدة الأمريكية
الأمر نفسه المذكور أعلاه.
مصفاة سكر في نانت ، على ساحل المحيط الأطلسي في فرنسا

مصفاة السكر هي مصفاة تقوم بمعالجة السكر الخام من قصب السكر أو السكر المستخرج من البنجر وتحويله إلى سكر أبيض مكرر .

تنتج مصانع قصب السكر تقليديًا السكر الخام، وهو السكر الذي لا يزال يحتوي على دبس السكر ، مما يمنحه لونًا (وشوائب) أكثر من السكر الأبيض الذي يُستهلك عادةً في المنازل ويُستخدم كمكون في المشروبات الغازية والأطعمة. لا يحتاج سكر القصب الخام إلى تكرير ليصبح مستساغًا. يُكرر لأسباب صحية، ولتحسين اللون، وللحصول على مذاق سكر نقي. يتميز السكر الخام بثباته أثناء النقل، ويمكن نقله من المصانع إلى مواقع المعالجة لإنتاج السكر الأبيض. غالبًا ما تنتج مصانع قصب السكر منتجًا مكررًا جزئيًا يُسمى "سكر المزارع" (أو "سكر المطاحن") للسوق المحلية، ولكنه أقل جودة من السكر الأبيض المُصنّع في المصافي. [ 1 ]

يمكن لمصانع سكر البنجر أيضاً إنتاج السكر الخام، لكن طعمه غير مستساغ. لا توجد مرحلة منفصلة لإنتاج السكر الخام في هذه العملية؛ إذ يُستخلص السكر من البنجر، بعد تنظيفه، ويُبلور مباشرةً ليتحول إلى سكر أبيض. [ 1 ]

تاريخ

ملخص

يبدو أن أصول فن تكرير السكر تعود إلى خراسان في بلاد فارس. بعد ذلك، أنتج الفينيسيون سكرًا مكررًا يشبه حلوى السكر . في عام 1573، بُني أول مصنع لتكرير السكر في ألمانيا في أوغسبورغ . [ 2 ] خلال القرن السابع عشر، بدأ الهولنديون بإنشاء مصافيهم، التي سرعان ما سيطرت على السوق الأوروبية. [ 3 ] حفزت المخاطر المصاحبة للمصافي الكبيرة تطورات في صناعة التأمين.

كان نيهافن 11 في كوبنهاغن مصفاة سكر تقليدية

في أوائل العصر الحديث (من عام 1500 إلى 1800 ميلادي)، كانت عملية تكرير السكر تتألف من خطوات قياسية. أولًا، يُوضع السكر الخام في غلاية نحاسية ويُخلط مع دم الثور وماء الجير. يُترك المزيج طوال الليل ليذوب. في الصباح، تُشعل نار أسفل القدر أو الغلاية. يتخثر بياض الدم ويتشابك مع الشوائب الميكانيكية للسكر، مُشكلاً طبقة تُزال باستمرار. يُستمر في الطهي على نار هادئة حتى تصبح عينة من المزيج شفافة. ثم يُغلى المزيج بسرعة حتى يصبح قوامه كثيفًا بحيث يُمكن تشكيل خيوط بين الإبهام والسبابة. عندئذٍ تُطفأ النار. الخطوة الثانية هي التحبيب. لهذه الخطوة، يُنقل الشراب إلى وعاء يُسمى المُبرد، حيث يُحرك بمجاديف خشبية حتى يتحبيب. الخطوة الثالثة هي وضع السكر المُحبب في قوالب. [ 4 ]

أُنشئت أولى مصافي السكر في المدن الساحلية في جميع أنحاء أوروبا الغربية. ولم يكن من الضروري أن تكون في مدينة ساحلية، إذ كانت البضائع آنذاك تُنقل عادةً من السفن إلى البارجات قبل وصولها إلى وجهتها. وتنتشر مصافي السكر في المناطق ذات الاستهلاك العالي للسكر، مثل أمريكا الشمالية وأوروبا واليابان. ومنذ تسعينيات القرن الماضي، شُيِّدت العديد من مصافي السكر الحديثة في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا ، على سبيل المثال في دبي والمملكة العربية السعودية والجزائر . وتُعد شركة "أمريكان شوجر ريفاينينغ" أكبر شركة لتكرير السكر في العالم، ولها منشآت في أمريكا الشمالية وأوروبا.

مصافي السكر كنوع من أنواع المباني

وصف لمصفاة سكر مثالية في عام 1793
مصفاة سكر دومينو في نيويورك، التي تعود إلى ثمانينيات القرن التاسع عشر

لم تكن مصافي السكر التي بُنيت بين عامي 1500 و1800 ميلاديًا بحاجة إلى مبانٍ مُخصصة. كان من المُفضل أن تقع على شارع واسع بمحاذاة قناة مائية عريضة ذات رصيف جيد، مما يُسهل نقل الموارد بتكلفة منخفضة عبر المراكب والطرق البرية. كما كان لا بد أن تكون المصفاة مُنفصلة نسبيًا عن المباني الأخرى. وكانت تحتاج إلى تهوية جيدة لتجفيف المنتج ومنعه من التكثف، خاصةً في فصل الصيف. وكان لا بد أيضًا أن تبرز مداخنها بشكل ملحوظ فوق المباني المُحيطة. [ 5 ] ابتداءً من عام 1800 تقريبًا، أحدثت الثورة الصناعية تغييرًا جذريًا في عملية التكرير من خلال إدخال الطاقة البخارية وأنواع مختلفة من الآلات. وأدى ذلك إلى بناء مبانٍ مُتخصصة يُمكن تمييزها من خلال عدد كبير من الطوابق الضحلة جدًا.

وُصفت مصافي السكر التي بُنيت قبل عام 1800 وصفًا مُفصلاً في هولندا، نظرًا لهيمنة الجمهورية الهولندية على تجارة السكر وتكريره لفترة طويلة. في هولندا ، كان طول المصفاة المثالية لا يقل عن 150 قدمًا راينلاند (0.3140  مترًا) وعرضها 30 قدمًا. وكان من المُفترض أن يكون مستودع المصفاة مُطلًا على الشارع أو القناة. وكان لا بد أن يكون عرضه 30 قدمًا على الأقل، وطوله 40 قدمًا، وارتفاعه 20 قدمًا، مع توفير إضاءة طبيعية كافية وبابين بعرض 10 أقدام لمرور براميل يتراوح وزنها بين 2000 و3000 رطل. وكان المستودع بحاجة إلى رافعة يدوية للنقل الرأسي وميزان لوزن 1800 رطل على الأقل. [ 6 ] من الناحية المثالية، كان من المُفترض أن يكون المستودع والمصفاة مبنيين منفصلين، ولكن مع ارتفاع أسعار العقارات في هولندا، كان هذا نادرًا. [ 7 ]

كانت المصفاة غالبًا ما تقع خلف المستودع مباشرةً في المبنى نفسه. وكان أقرب مكان إلى المستودع هو مخزن المواد الخام. احتوى هذا المخزن على أربع غرف/صناديق لتخزين أنواع مختلفة من السكر الخام، الذي كان يُنقل إليها من الطابق الأرضي. [ 8 ] كان طول كل صندوق منها 6 أقدام وعرضها يتراوح بين 12 و14 قدمًا، مما جعل طول قسم تخزين السكر الخام في المصفاة حوالي 30 قدمًا، وعرضه مساويًا لعرض المبنى بالكامل، أي 30 قدمًا على الأقل. وفي المساحة المتبقية التي تتراوح بين 16 و18 قدمًا، كانت توجد جميع أنواع الأدوات، وأشياء مثل السلال لنقل الرغوة. بالقرب من الصندوق الأول، كانت هناك فتحة في السقف وفي جميع الطوابق العلوية، لنقل البضائع عموديًا بواسطة الحبال. في الطابق الأرضي، كان هناك مخزن للجير، بنفس حجم الأحواض، بحيث يمكن تخزين كمية كافية من الجير لتشغيل المصفاة لمدة تتراوح بين 3 و4 أشهر. [ 8 ]

خلف مخزن المواد الخام كانت تقع غرفة التجفيف، والتي تُسمى أيضًا موقد التجفيف أو الفرن. [ 9 ] خُصصت غرفة أو غرفتان لتجفيف قوالب السكر، وغرفتان أخريان لصنع الحلوى. كانت غرف التجفيف هذه بطول 10 أقدام وعرض 12 قدمًا وارتفاع 30 قدمًا. احتوت كل غرفة على موقد حديدي يعمل بالفحم، مثبت في جدار من الطوب، ويُغذى بالفحم من خارج الغرفة.

كان الجزء من المصفاة الذي تجري فيه عملية التكرير الفعلية يقع خلف مبنى التجفيف. وهناك كانت توجد غلايات نحاسية تُسمى "أحواض" ( ziedpannen ) [ 10 ] ، حيث كان يُغلى السكر. احتوت معظم المصافي الهولندية على أربعة أحواض، وكثير منها على ثلاثة، وقليل منها على اثنين. وفي حال وجود أربعة أحواض، كان طول كل منها لا يقل عن 25 قدمًا. وكان كل حوض يستقر على قبو من الطوب ، وتحته موقد خاص به. وُضعت هذه الأحواض في الجزء الخلفي من المصفاة لضمان أكبر قدر ممكن من الإضاءة وتقليل تيارات الهواء قدر الإمكان. كانت الإضاءة تأتي من الواجهة الخلفية للمبنى، والتي تنتهي بمساحة مفتوحة طولها حوالي 25 قدمًا. هنا كان يُخزن التراب والفحم. [ 11 ] أسفل المصفاة، كان هناك أنبوب رصاص يسمح بضخ المياه العذبة، التي كانت تُنقل في أمستردام بواسطة بارجة تُسمى " شويت ووتر" إلى الجزء الخلفي من المبنى. [ 12 ] يحتوي نفس الجزء من المبنى الذي يضم الأحواض أيضًا على خزاني الجير. كان لا بد من تأسيس هذه الخزانات على عمق لا يقل عن 30 قدمًا، وارتفاعها 4 أقدام فوق مستوى سطح الأرض. وكانت أبعادها 9 × 6 أقدام، وتقع مقابل الأحواض. [ 13 ] وخلف صناديق الجير، كانت توجد صناديق الرغوة بارتفاع 8-9 أقدام. ومقابل الأحواض الأولى (محسوبة من الشارع) كان خزان عصير السكر المصفى ( كلارسيلكيتل ). وكان يرتفع حوالي 4 أقدام فوق سطح الأرض، ويمكن أن يتسع لحوالي 8000-9000 رطل من السكر المصفى.

تميزت مصافي السكر الصناعية التي بُنيت بعد عام 1800 باستخدام الجاذبية لنقل السكر إلى أسفل المبنى أثناء مروره بعدة مراحل تكرير. إلى جانب بعض الخصائص الأخرى، أدى ذلك إلى ظهور نمط معماري مميز لمصافي السكر في القرن التاسع عشر. ومن الأمثلة على ذلك: مصفاة دومينو للسكر ، ومصفاة بوسطن للسكر ، ومصفاة أمستردام ستوم للسكر ، ومصفاة ويستر للسكر ، ومصفاة هولندا للسكر .

تاريخ عملية التكرير

حلوى السكر

وُصفت عملية التكرير بالتفصيل عام ١٧٩٣. وفي عام ١٨٣٣، وُصفت أيضًا باسم "الطريقة القديمة، أو الألمانية، باستخدام الدم والبيض والطين، إلخ." [ ١٤ ] في ذلك الوقت، كانت المصافي تُنتج أنواعًا مختلفة من السكر. وكان سكر القوالب هو الأجود، يليه سكر الكتل، ثم السكر الخشن. [ ١٥ ] وكان السكر الخشن يُصنع من مُصفّى سكر القوالب وسكر الكتل. [ ١٦ ] وكان يُطحن عادةً ويُباع كسكر بودرة. [ ١٧ ] أما حلوى السكر، فكانت تتكون من بلورات كبيرة جدًا مُلتفة حول خيوط، وكانت إما بيضاء أو بنية اللون، حسب جودة السكر المُستخدم. [ ١٨ ]

كانت الخطوة الأولى، التي تُعادل تقريبًا عملية التنقية، هي ملء الأواني بالماء العذب وقليل من ماء الجير. ثم يُوضع السكر الخام في الإناء. تحتوي الأواني على دعامة، وهي جزء من مقدمة الإناء يشغل ما بين 33 و40% من محيطه، ويبلغ ارتفاعه حوالي قدمين. بعد ملء الجزء السفلي من الإناء، تُثبّت الدعامة في مكانها للسماح بمزيد من الملء. [ 10 ] يُترك الخليط بعد ذلك طوال الليل ليذوب السكر. في اليوم التالي، تُشعل النار أسفل الإناء، ويُسخّن الخليط ببطء. يُحرّك بانتظام لمنع السكر من الالتصاق بالإناء. يُخفّف التحريك عندما يذوب السكر تمامًا. عندما يقترب السكر من درجة الغليان، تُطفأ النار تقريبًا. أثناء التسخين، يرتبط الجير بالشوائب ويُشكّل طبقة صلبة، تُزال باستخدام مغرفة [ 19 ] تُشبه المجرفة المثقوبة ، بمقبض طوله من 6 إلى 8 أقدام. [ 20 ] بمجرد الانتهاء من ذلك، يُغمر محلول البيض في الماء في خليط السكر. كان الهدف من ذلك هو تنقية بياض البيض ، الذي يرتبط بمزيد من الشوائب، مما يؤدي إلى كشط المزيد من الرغوة. تُكرر هذه العملية من 5 إلى 6 مرات، حتى تظهر طبقة بيضاء لزجة على السطح بدلًا من المزيد من الرغوة. يُطلق على المحلول الناتج اسم "كلارسيل" (klaarsel) لأنه مُصفّى. [ 21 ] هنا، تعني كلمة "صافٍ" أيضًا "شفاف" . [ 22 ] لتنقية السكر الخشن جدًا، يُستخدم الماء الجوفي، بالإضافة إلى المزيد من الجير والبيض. [ 23 ] قد يصل إجمالي استخدام البيض إلى 400 أو 500 بيضة يوميًا، بتكلفة تصل إلى أربعة غيلدرات لكل 100 بيضة في الشتاء. يمكن أن يساعد إضافة دم الثيران الطازج في زيادة تصفية السكر، ولكن غالبًا ما كان يُستخدم عندما لا يكون طازجًا، وكبديل للبيض باهظ الثمن. أدى ذلك إلى فساد السكر، وفي هولندا، أدى ذلك إلى حظر رسمي، ولكنه غير فعال، لاستخدامه. [ 24 ]

كانت الخطوة الثانية هي تصفية السائل الصافي وتخزينه. ولتحقيق ذلك، كان يُنقل إلى خزان العصير الصافي عن طريق إدخاله في أنبوب نحاسي (أو حوض) ينتهي فوق مرشح موضوع فوق الخزان. كان هذا المرشح عبارة عن قطعة قماش داخل سلة، وكان يلتقط أشياءً مثل قشور البيض والمسامير وقطع الخشب، إلخ. [ 25 ] في ذلك الوقت، كان يُطلق على خزان العصير الصافي اسم "الخزان" فقط. [ 22 ] وكان يُستخدم أيضًا لحفظ العصير الصافي أثناء تنظيف الإناءين الأولين.

كانت الخطوة الثالثة بمثابة التبخير. [ 22 ] تُضاف كميات صغيرة من العصير المصفى إلى الإناء الأول، الذي يُغلى على نار عالية. في غضون 12-30 دقيقة تقريبًا، يؤدي التبخير إلى وصول السائل إلى درجة اللزوجة المطلوبة. [ 26 ] في هولندا، كان التبخير السريع واضحًا فقط في حالة سكر الحلوى. [ 27 ] كان اختبار قدرة السائل على تكوين خيوط بين الإبهام والسبابة يُحدد متى يكون السكر جاهزًا. الخيار الأول لمواصلة التكرير هو تصفية الماء المتبقي بالجاذبية، مما ينتج عنه سكر مُكعب أو مُتكتل أو مُختلط. أما الخيار الآخر فهو تبخير الماء المتبقي بالحرارة، مما ينتج عنه سكر الحلوى .

ملء القوالب في عام 1793

لم تكن خطوة التبريد الرابعة قابلة للتطبيق على حلوى السكر. بالنسبة لسكر القوالب، استُخدمت الصينية الثالثة أو الرابعة كصواني تبريد. أما بالنسبة لسكر الكتل، فاستُخدمت ثلاث صوانٍ للتبريد. [ 28 ] بمجرد أن ينضج السكر في صينية (أي يُغلى)، يُنقل إلى صينية تبريد. وعندما يبرد بشكل كافٍ، تتشكل قشرة على سطحه. من الناحية المثالية، تُجهز الدفعة التالية من السكر المغلي في هذه اللحظة نفسها، ثم تُضاف إلى صينية التبريد. يمكن ملء صينية التبريد بما يصل إلى خمس دفعات. [ 27 ] انظر أيضًا قسم التحبيب أعلاه.

كانت تعبئة القوالب الخطوة الخامسة. تُصنع حلوى السكر بتجفيف السكر بالحرارة. ولذلك، يُنقل السكر إلى غرفة التجفيف بواسطة دلو نقل. هناك، يُوضع السكر في أوعية الحلوى. [ 29 ] قد تستغرق عملية وضع السكر في دلاء النقل وملء الأوعية حوالي دقيقتين إلى ثلاث دقائق. في الوضع الأمثل، يكون الوعاء الثاني جاهزًا لملء دلاء النقل بحلول ذلك الوقت. [ 30 ] إذا تم صنع حلوى السكر، يمكن أن تستوعب غرفة التجفيف حوالي 150 وعاءً من الحلوى المصنوعة من السكر الخام لأربعة أوعية بعد حوالي 6 ساعات من العمل. بعد ذلك، تُنظف غرفة التجفيف، وتُغلق، ويُشعل الموقد. [ 31 ]

إذا صُنعت قوالب السكر أو مكعبات السكر، كان السكر يُنقل إلى غرفة التعبئة، كما هو موضح في الصورة: تعبئة القوالب عام ١٧٩٣. هنا، كانت تُملأ القوالب. كانت هذه القوالب مخروطية الشكل ذات ثقب في طرفها، يُسد بقطعة قماش. [ ٣٢ ] في غرفة التعبئة، كانت القوالب تُملأ ثم توضع على طرفها المدبب، بدءًا من إحدى زوايا الغرفة. بعد ذلك، كانت تُكدس فوق بعضها البعض بينما تُدعم الصفوف الخارجية بقوالب مكسورة غير صالحة لأي غرض آخر. [ ٢٩ ]

في اليوم التالي، نُقلت القوالب إلى أحد الطوابق العلوية. [ 33 ] هناك، أُزيلت سدادات القوالب، وعلى مدار بضعة أيام، تسرب الشراب وجُمع في أوانٍ. ثم وُضعت القوالب فوق صندوق، حيث كُشط السكر الملتصق بسطحها الخارجي وجُمع. بعد ذلك، أُخرجت الأرغفة بعناية من القوالب. [ 34 ]

في المملكة المتحدة

عمال المصنع في مصفاة سكر جليب ، نوفمبر 1918
عمال يقومون بتجريف السكر في مصفاة سكر جليب

بدأت صناعة تكرير السكر البريطانية حوالي عام 1544، عندما أُنشئت مصفاتان للسكر في لندن، عُرفتا آنذاك باسم "بيوت السكر". في البداية، كان نجاحهما محدودًا بسبب المنافسة الشديدة من أنتويرب. بعد سقوط أنتويرب عام 1585، توسعت صناعة تكرير السكر في لندن. [ 35 ] أُنشئت أول مصفاة سكر في بريستول عام 1607، عندما أسس روبرت ألدوورث مصفاةً صغيرة. [ 36 ] أصبحت تجارة السكر وتكريره المصدر الرئيسي لازدهار بريستول في القرن الثامن عشر، حيث بلغ عدد المصافي فيها في وقت من الأوقات حوالي 20 مصفاة. [ 37 ] أما في ليفربول، فقد أُنشئت أول مصفاة سكر عام 1667. [ 38 ]

بدأت صناعة تكرير السكر في اسكتلندا عام 1667. وبحلول عام 1715، كانت هناك مصافي على ساحل المحيط الأطلسي في غلاسكو وعلى ساحل بحر الشمال في ليث. إلا أن المركز الحقيقي لصناعة التكرير الاسكتلندية تأسس في ميناء غرينوك، التابع لغلاسكو . هناك، أُنشئت أول مصفاة سكر عام 1765، وتلتها خمس مصافي أخرى حتى عام 1826. وبحلول عام 1869، كان هناك 14 مصفاة سكر في غرينوك، حيث كانت أكبر مصفاتين تعالجان 14000 طن من السكر أسبوعيًا. كما وُجدت أربع مصافي سكر أخرى على نهر كلايد ، واثنتان في ليث. [ 39 ] كانت غلاسكو مركزًا هامًا لإنتاج الآلات الثقيلة اللازمة لمطاحن قصب السكر. [ 40 ] وربما ساهم ذلك في نمو غرينوك كمركز لتكرير السكر، الذي تطلب آلات أخف وزنًا ولكنها مماثلة في الأداء.

مصفاة تيت آند لايل تيمز التابعة لشركة ASR في سيلفرتاون ، لندن

في عام 1859، أصبح هنري تيت (1819-1899) شريكًا في مصفاة سكر في ليفربول، وسرعان ما سيطر عليها. وفي عام 1872، افتتحت شركته "هنري تيت وأبناؤه" مصفاة "لاف لين" في المدينة نفسها. وفي عام 1878، افتتحت مصفاة "ثيمز" في سيلفرتاون بشرق لندن. [ 41 ] أصبح أبرام لايل (1820-) مالكًا مهمًا للسفن. في عام 1865، اشترى جزءًا من مصفاة "غليب" للسكر ، لكنه تخلى عنها مجددًا في عام 1881. وفي عام 1883، افتتح مصفاة "بلايستو" في لندن، على بُعد 1.5 ميل فقط من مصفاة "ثيمز". [ 42 ] في عام 1921، اندمجت الشركتان لتشكلا شركة "تيت ولايل" ، وهي شركة كانت تُكرر حوالي 50% من إنتاج السكر في المملكة المتحدة.

بعد الحرب العالمية الأولى، تراجعت صناعة تكرير السكر البريطانية. فقد دفعت الحرب الحكومة إلى إدراك مخاطر الاعتماد الكلي على واردات قصب السكر، فتم تشجيع زراعة بنجر السكر ومعالجته في مصانع سكر البنجر . وفي عام ١٩٧٣، أدى انضمام المملكة المتحدة إلى الاتحاد الأوروبي إلى إلزام صناعة التكرير البريطانية بالامتثال للتشريعات الأوروبية التي فضّلت الإنتاج في أوروبا. وفي عام ٢٠١٠، باعت شركة تيت آند لايل أعمالها في مجال تكرير السكر إلى شركة أمريكان شوجر ريفاينينغ ، التي سُمح لها أيضاً باستخدام الاسم لهذه الأنشطة. [ ٤٣ ]

في ألمانيا

في ألمانيا، كانت هامبورغ مركزًا مبكرًا لمصافي السكر، تنافست أهميتها مع أهمية أمستردام. وبحلول عام 1727، كان هناك حوالي 200 مصفاة (تُعرف باسم "زوكرسيديري ") في هامبورغ، مسيطرة على السوق الألمانية. [ 44 ] بين عامي 1830 و1850، كادت هذه الصناعة في هامبورغ أن تُباد تمامًا. [ 45 ] وكانت آخر مصفاة لقصب السكر في هامبورغ هي "دامبفزوكرسيديري فون 1848"، التي أُغلقت عام 1885. [ 46 ]

بعد اكتشاف عملية استخلاص السكر من بنجر السكر، أُنشئت العديد من مصانع السكر لإنتاج سكر البنجر الخام. بالقرب من ماغديبورغ، كان هناك حوالي 400 مصنع، أي مصنع في كل قرية تقريبًا. في عام 1894، أنشأت هذه المصانع مصفاة هيلدسهايم للسكر ( Zücker Raffinerie Hildesheim) التي قامت بمعالجة سكر البنجر الخام. في عام 1913، قُدِّر أن 63% من بنجر السكر الألماني كان يُحوَّل إلى سكر خام، والذي كان يُعالَج لاحقًا في مصفاة سكر منفصلة. أما في الولايات المتحدة، فكانت هذه النسبة صفرًا. وقد تسبب هذا في الكثير من اللبس. [ 47 ]

في عام 1938، استحوذت مصفاة هيلدسهايم للسكر على مصفاة براونشفايغ وأغلقتها في العام التالي. ومع مرور الوقت، أدى تركز مصانع السكر الخام إلى الاستغناء عن المصافي المركزية. وتضخمت مصانع سكر البنجر الخام لدرجة أنه أصبح من المنطقي معالجة سكر البنجر الخام في الموقع نفسه بدلاً من معالجته في مصنع منفصل. [ 48 ]

في الولايات المتحدة

بيت السكر القديم في نيويورك، حوالي عام 1830

في عام 1833، أُجريت دراسة شاملة لمصافي السكر في الولايات المتحدة. [ 49 ] في ذلك الوقت، لم تكن سوى ثلاث مصافي قد تحولت إلى التبخير في الفراغ. أما البقية فكانت لا تزال تعتمد على الطرق التقليدية. [ 50 ]

كان في فيلادلفيا 12 مصفاة سكر عام 1833، قادرة على معالجة 14 مليون رطل من السكر الخام [ 51 ]. استخدمت مصفاة كانبي ولوفرينغ الطاقة البخارية وأحواض التفريغ، لكنها كانت على وشك الانضمام إلى مصفاة أخرى [ 52 ] . كانت مصفاة جي جي سميث وأبنائه في شارع فاين واسعة ونظيفة. أما مصفاة بول لايوس وشركاه في شارع بريد، فقد تحولت إلى الطريقة الفرنسية، التي تعتمد على أحواض متحركة معلقة بسلاسل، وكانت أكثر فعالية بكثير من الأحواض الثابتة عند استخدام النار المكشوفة للتبخير [ 17 ] .

في نيويورك، كانت مصافي السكر قادرة على معالجة حوالي 9 ملايين رطل من السكر الخام. يتحول ما يزيد قليلاً عن نصفها إلى سكر مكرر، وربعها إلى سكر خام، وربعها الآخر إلى دبس السكر. [ 51 ] استخدمت شركة ستيم كونغرس، أرشيبالد وديلافيلد، الطاقة البخارية وأحواض التفريغ. [ 53 ] كانت مصفاة تيمان وتوبياس وشركاه في شارع ليبرتي شركة ثرية تأسست في المبنى المعروف باسم "بيت السكر القديم". [ 10 ] كما كانت مصفاة ميداي وريتر ذات سمعة طيبة. [ 54 ] استخدمت مصفاة تعمل بالطريقة الفرنسية البخار للتسخين، ولكن ليس للتبخير. [ 55 ]

في بالتيمور، كان هناك 9 مصافي سكر عام 1833. في السابق، كانت هذه المصافي تُكرر ما بين 9 و10 ملايين رطل من السكر الخام المستورد من كوبا والبرازيل، ولكن في عام 1833، واجهت مصافي بالتيمور أزمة حقيقية، ولم تُكرر سوى حوالي مليوني رطل. فقد احترق مصنع كبير للبخار والتفريغ ولم يُعاد بناؤه. أما مصفاة جي دبليو وإتش ميلر في شارع كونكورد فكانت لا تزال تعمل بشكل جيد، إذ استفادت من وفرة المياه العذبة والطين من منطقة فيدرال هيل المجاورة . [ 18 ] وفي بوسطن، كانت هناك ثلاث مصافي مملوكة للسادة دوان وأندروز ووايت. وبالإضافة إلى مصفاة في سالم، كانت هذه المصافي تُكرر حوالي مليوني رطل من السكر الخام. [ 15 ]

باتجاه الغرب، كانت مصافي السكر في نيو أورليانز غير نمطية إلى حد ما، نظرًا لوجود العديد من مزارع قصب السكر في المناطق المحيطة بها. كانت مصفاة سكر نيو أورليانز منشأة ضخمة، يعمل بها حوالي 100 عامل. وكانت تستخدم أحواض التفريغ والطاقة البخارية. [ 56 ] كما كان في نيو أورليانز مصفاة صغيرة تستخدم الطرق القديمة. وفي سينسيناتي، كانت هناك مصفاة سكر متعثرة تعتمد على السكر الخام من نيو أورليانز. [ 57 ]

في عام 1974 كان هناك 29 مصفاة سكر في الولايات المتحدة الأمريكية. [ 58 ]

معالجة السكر الخام

تخزين السكر الخام

تخزين السكر الخام في مصفاة السكر
عملية تكرير قصب السكر في الولايات المتحدة الأمريكية 1974

يمكن تخزين السكر الخام لعدة أشهر في كل من مصنع السكر ومصفاة السكر. وخلال فترة التخزين، تبقى بلورات السكر الخام محاطة بطبقة رقيقة من دبس السكر المتبقي من عملية التبلور النهائية في مصنع السكر. توفر هذه الطبقة بيئة مناسبة لنمو الميكروبات، مما يؤدي إلى تدهور جودة السكر نتيجة التخزين. [ 59 ]

التآلف

تُقاس نقاوة السكر بقطبيته، التي تعكس نسبة السكروز. في الوقت الحاضر، تشتري العديد من مصافي السكر سكرًا عالي القطبية لدرجة أنها تستغني عن عملية التكرير.

تهدف خطوة التخمير إلى إزالة طبقة دبس السكر التي لا تزال تُحيط ببلورات السكر الخام، مع تقليل ذوبانها إلى أدنى حد. يُسكب السكر الخام في خلاط، وهو عادةً حوض بطول 35 قدمًا وعرض 3 أقدام وعمق 4 أقدام. يُخلط السكر هنا مع شراب التخمير لتكوين مزيج يُسمى "الماغما" بدرجة حموضة 92 بريكس تقريبًا. يخرج المزيج من الخلاط عبر شبكة تلتقط الشوائب والكتل الصلبة. [ 60 ] يبلغ طول الخلاط عادةً 37.5 قدمًا وعرضه 3  أقدام و4 بوصات وارتفاعه 8  أقدام و6 بوصات. تُخلط الماغما هنا وتُسخّن عند درجة حرارة تتراوح بين 43 و60  درجة مئوية. توجد في أسفل الخلاط قنوات تؤدي إلى أجهزة الطرد المركزي. [ 61 ]

في أجهزة الطرد المركزي ، يُفصل الشراب عن الصهارة بدفعه عبر الشبكة الاحتجازية الموجودة على جانب الجهاز. ينتج عن ذلك بقاء البلورات داخل الجهاز، بالإضافة إلى طبقة رقيقة متبقية من الشراب تُزال  بغسل البلورات بالماء الساخن (82 درجة مئوية فأكثر) وهي لا تزال في السلة. ثم تُنقل البلورات المغسولة من الجهاز. [ 61 ]

يُنقل هذا "السكر المُصفّى" إلى جهاز الصهر، وهو عادةً عبارة عن خزان دائري قطره 12 قدمًا وارتفاعه 6 أقدام. يُخلط السكر هنا بماء عذب عالي النقاء ويُحرّك بواسطة مجاديف. [ 62 ] يُسخّن هذا المزيج بالبخار، مما يؤدي إلى صهر البلورات في الماء العذب وتكوين سائل يُعرف باسم سائل الصهر. [ 63 ]

طهارة

تتألف خطوة التنقية من مزيج من الترويق وإزالة اللون. تشمل جميع عمليات الترويق مزج السائل المذاب مع ماء الجير الساخن (معلق هيدروكسيد الكالسيوم في الماء). [ 64 ] تُرسّب هذه المعالجة عددًا من الشوائب، بما في ذلك الأنيونات متعددة التكافؤ مثل الكبريتات والفوسفات والسترات والأكسالات ، التي تترسب على شكل أملاح الكالسيوم الخاصة بها ، والجزيئات العضوية الكبيرة مثل البروتينات والصابونين والبكتين ، التي تتجمع في وجود الكاتيونات متعددة التكافؤ . بالإضافة إلى ذلك، تُحوّل الظروف القلوية السكريات البسيطة، الجلوكوز والفركتوز ، إلى جانب الحمض الأميني الجلوتامين ، إلى أحماض كربوكسيلية مستقرة كيميائيًا . في حال عدم معالجتها، ستُعيق هذه السكريات والأمينات في النهاية تبلور السكروز. [ 65 ] أهم عمليات الترويق هي الكربنة والفسفتة. [ 64 ]

في حال استخدام الكربنة، يُمرر ثاني أكسيد الكربون عبر محلول السكر القلوي، مما يؤدي إلى ترسيب الجير على شكل كربونات الكالسيوم ( الطباشير ). تحجز جزيئات الطباشير بعض الشوائب وتمتص أخرى. وتؤدي عملية إعادة التدوير إلى زيادة حجم جزيئات الطباشير، ويحدث تكتل طبيعي حيث تترسب الجزيئات الثقيلة في خزانات (أجهزة التصفية). وتؤدي إضافة كمية إضافية من ثاني أكسيد الكربون في النهاية إلى ترسيب المزيد من الكالسيوم من المحلول؛ فيتم ترشيحه، تاركًا محلول سكر أنقى بلون ذهبي فاتح يُسمى "العصير الرقيق". [ 66 ]

في حال تطبيق عملية الفسفتة، يُسخّن السائل المذاب إلى درجة حرارة تتراوح بين 60 و70  درجة مئوية، ويُضاف إليه قليل من حمض الفوسفوريك . يُضاف الجير مباشرةً إلى الخليط لضبط درجة حموضته إلى ما بين 7.0 و8.0. ثم يدخل الخليط إلى حوض الترسيب من أحد طرفيه، ويُسخّن إلى درجة حرارة 88  درجة مئوية أثناء مروره فيه. ينتج عن ذلك تكوّن راسب متكتل من فوسفات الكالسيوم ، يحتجز بعض الشوائب ويمتصّ أخرى. يطفو هذا الراسب إلى أعلى الخزان، حيث يُزال بواسطة مجاديف. [ 64 ]

تلي عملية إزالة اللون كلاً من الكربنة والفوسفاتة، وتنتهي كلتاهما بترشيح المواد الجسيمية الدقيقة. [ 64 ] يمكن إزالة لون السائل المصفى المرشح بعدة طرق. [ 67 ] يتكون فحم العظام من عظام طويلة متلبدة من الماشية. [ 68 ] وهو يزيل اللون، ولكنه يزيل أيضًا المواد الغروية وكمية كبيرة من الرماد. أما الفحم المنشط الحبيبي (GAC) فيزيل اللون فقط. يُستخدم كلا النوعين عادةً في أعمدة أسطوانية بارتفاع 20-25 قدمًا وقطر حوالي 10 أقدام، حيث يُرشح السائل ببطء. تستخدم بعض المصانع الحديثة أسطوانات أصغر حجمًا مزودة براتنجات التبادل الأيوني ، وهي تعمل بسرعة أكبر بكثير.

تبخر

يُضخ السائل المُزال لونه بعد ذلك إلى مُبَخِّر. وهو عبارة عن وعاء مُغلق يُسخَّن بالبخار ويُوضع تحت فراغ. ويكمن المبدأ الأساسي في دخول العصير إلى المُبَخِّر عند درجة حرارة أعلى من درجة غليانه تحت الضغط المُنخفض، أو تسخينه إلى هذه الدرجة. ينتج عن ذلك تبخير سريع ، مما يسمح بالتركيز عن طريق التبخير متعدد المراحل . في سبعينيات القرن الماضي، استخدم مُصنِّعو السكر الأمريكيون عمومًا التبخير ثنائي أو ثلاثي المراحل. [ 69 ]

والنتيجة هي "عصير كثيف"، يحتوي على ما يقارب 60% من السكروز وزناً، ويشبه في مظهره شراب القيقب . كما يُعقّم هذا العصير باستخدام الأشعة فوق البنفسجية. ويمكن تخزين العصير الكثيف في خزانات لمعالجته لاحقاً، مما يخفف العبء على المراحل اللاحقة من مصنع التبلور.

بلورة

أواني مفرغة من الهواء
جهاز طرد مركزي مستمر لاستخلاص منتجات السكر

يُخلط العصير الكثيف مع سكر بلوري منخفض الجودة مُعاد تدويره من مراحل أخرى من العملية في جهاز صهر، ثم يُصفّى ليُنتج "السائل القياسي". تبدأ مرحلة التبلور بتغذية السائل القياسي إلى أحواض التبخير بالتفريغ، عادةً عند 76 بريكس. [ 70 ] هذه الأحواض عبارة عن مبخرات أحادية التأثير، مزودة بمصدر تفريغ ومكثف خاصين بها. [ 71 ]

يجب أن يكون محلول السكر فوق مشبع لكي تنمو بلورات السكر. توجد ثلاث مراحل من فوق التشبع، والتي تتحدد بتركيز السكروز ودرجة الحرارة. في المرحلة شبه المستقرة، تنمو البلورات الموجودة، ولكن لا تتشكل بلورات جديدة. [ 72 ] باستخدام بلورات بذرة والحفاظ على وعاء التفريغ في المرحلة شبه المستقرة، يتم إنتاج بلورات ذات حجم موحد.

تُضاف بلورات البذور، عادةً على شكل معلق ذي حجم وكمية معروفين، إلى المقلاة. وبمجرد تكوّن البلورات الأولية، يُضاف المزيد من السائل القياسي إلى المقلاة مع نمو البلورات حتى تصل إلى الحجم المطلوب.

يُطلق على مزيج بلورات السكر والشراب الناتج اسم " ماسيكويت "، وهي كلمة فرنسية تعني "الكتلة المطبوخة" . ويُسمى الشراب " المحلول الأم " [ 73 ] لأن البلورات تنمو منه. ويُطلق على كمية الماسيكويت في مقلاة واحدة اسم "الضربة". [ 71 ]

ثم يُنقل المزيج إلى أجهزة الطرد المركزي ، حيث تُفصل البلورات عن الشراب بفعل قوة الطرد المركزي. تبقى البلورات في جهاز الطرد المركزي، وتُغسل بالماء الساخن لإزالة أي بقايا من الشراب. بعد ذلك، يُنقل السكر البلوري النقي من جهاز الطرد المركزي إلى مجفف التبريد. [ 71 ]

عادةً ما تؤدي عملية تحضير عجينة السكر إلى أربع مراحل، الأولى وثلاث مراحل إعادة إذابة. [ 71 ] ويتم ذلك عن طريق نقل الشراب المتبقي من المرحلة الأولى (المعروف بالشراب الأول [ 74 ] [ 70 ] ) إلى وعاء آخر. تُنتج المرحلة الثانية المزيد من البلورات، بالإضافة إلى الشراب الثاني، وهكذا. يُستخدم الشراب الثالث والرابع غالبًا في إنتاج السكريات الناعمة، [ 70 ] وفي عملية التكرير. [ 71 ]

تحبيب

السكر المحبب هو سكر لا تتكتل فيه حبيباته. ويتحقق ذلك بالتجفيف. عادةً ما تكون المجففات أو المحببات عبارة عن أسطوانات دوارة أفقية بقطر يتراوح بين 1.5 و2.4  متر وطول يتراوح بين 7.6 و11  مترًا. في هذه المجففات، يُسخّن الهواء بالبخار لإزالة الرطوبة من البلورات، مما يقلل نسبة الرطوبة من حوالي 1% إلى 0.02% أو أقل. كما يفصل المحبب البلورات عن بعضها. ثم تُرسل البلورات إلى المبرد. توجد آلات تجمع بين التجفيف والتبريد. [ 71 ]

تخزين السكر الأبيض

يُخزّن المنتج النهائي في صوامع كبيرة من الخرسانة أو الفولاذ. ويتم شحنه بكميات كبيرة، أو في أكياس كبيرة ، أو في أكياس تزن 25-50 كيلوغراماً (55-110 أرطال) إلى العملاء الصناعيين، أو يُعبأ في عبوات بحجم مناسب للمستهلكين لتجار التجزئة . 

يجب التعامل مع السكر المجفف بحذر، إذ من المحتمل حدوث انفجارات بسبب غبار السكر . على سبيل المثال، كان انفجار مصفاة السكر في بورت وينتوورث ، جورجيا، عام 2008، أحد هذه الانفجارات التي أسفرت عن 13 حالة وفاة.

المنتجات الثانوية

  • دبس السكر منتج ثانوي داكن اللون وغني بالسكر ناتج عن تبلور السكر الخام
  • الباجاس منتج ثانوي ليفي من استخلاص العصير
دبس بنجر السكر يستخدم كمكمل علفي للماشية

تستخدم العديد من هيئات الطرق في أمريكا الشمالية دبس الشمندر منزوع السكر كمنتجات لإزالة الجليد أو منع تكونه في عمليات مكافحة الجليد الشتوية. يمكن استخدام الدبس مباشرةً، [ 75 ] أو مزجه مع الكلوريدات السائلة وتطبيقه على أسطح الطرق، أو استخدامه لمعالجة الملح المنتشر على الطرق. [ 76 ] قد يكون استخدام الدبس أكثر فائدة من ملح الطرق وحده لأنه يقلل من التآكل ويخفض درجة تجمد خليط الملح والمحلول الملحي، مما يحافظ على فعالية مزيلات الجليد في درجات الحرارة المنخفضة. [ 75 ] كما أن إضافة السائل إلى ملح الصخور يقلل من ارتداد الملح وتناثره، مما يبقيه في المكان المطلوب، ويقلل من وقت تنشيط الملح لبدء عملية الذوبان. [ 76 ]

أتمتة المصانع في مصافي السكر

كما هو الحال في العديد من الصناعات الأخرى، تم الترويج لأتمتة المصانع بشكل مكثف في مصافي السكر خلال العقود الأخيرة. وتُدار عملية الإنتاج عمومًا بواسطة نظام تحكم مركزي ، يتحكم مباشرةً في معظم الآلات والمكونات. أما بالنسبة لبعض الآلات الخاصة، مثل أجهزة الطرد المركزي في مصنع السكر، فتُستخدم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) اللامركزية لأسباب أمنية. [ 77 ]

مراجع

  1. 1 2 ميتشل 2004 ، ص. 10.
  2. "تاريخ السكر" . سودزوكر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أكتوبر 2025 .
  3. باسيت 1875 ، ص 566.
  4. براند 1850 ، ص 179.
  5. ريسيج 1793 ، ص 32.
  6. ريسيج 1793 ، ص 34.
  7. ريسيج 1793 ، ص 35.
  8. 1 2 Reisig 1793 ، ص 36.
  9. سيليمان 1833 ، ص 91.
  10. 1 2 3 سيليمان 1833 ، ص 80.
  11. ريسيج 1793 ، ص 38.
  12. ريسيج 1793 ، ص 41.
  13. ريسيج 1793 ، ص 42.
  14. سيليمان 1833 ، ص 79.
  15. 1 2 سيليمان 1833 ، ص. 106.
  16. سيليمان 1833 ، ص 105.
  17. 1 2 سيليمان 1833 ، ص. 98.
  18. 1 2 سيليمان 1833 ، ص. 101.
  19. ريسيج 1793 ، ص 78.
  20. سيليمان 1833 ، ص 81.
  21. ريسيج 1793 ، ص 88.
  22. 1 2 3 سيليمان 1833 ، ص 82.
  23. ريسيج 1793 ، ص 92.
  24. ريسيج 1793 ، ص 94.
  25. ريسيج 1793 ، ص 91.
  26. سيليمان 1833 ، ص 88.
  27. 1 2 Reisig 1793 ، ص. 110.
  28. ريسيج 1793 ، ص 111.
  29. 1 2 Reisig 1793 ، ص 148.
  30. ريسيج 1793 ، ص 103.
  31. ريسيج 1793 ، ص 106.
  32. ريسيج 1793 ، ص 150.
  33. ريسيج 1793 ، ص 160.
  34. ريسيج 1793 ، ص 163.
  35. ستو 1753 ، ص 409.
  36. جونز 1996 ، ص 2.
  37. جونز 1996 ، ص. 1.
  38. باينز 1852 ، ص 394.
  39. ماكنتوش 1888 ، ص 425.
  40. ماكنتوش 1888 ، ص 426.
  41. تيت 2023 .
  42. لايل 2023 .
  43. أوتر، كريس (2020). نظام غذائي لكوكب كبير . الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة جامعة شيكاغو. ص 79. ISBN  978-0-226-69710-9.
  44. بيترسون 1998 ، ص 47.
  45. روسلر 2007 ، ص 53.
  46. بيترسون 1998 ، ص 15.
  47. جلسات الاستماع 1913 ، ص 760.
  48. هيلدسهايم 2023 .
  49. سيليمان 1833 .
  50. سيليمان 1833 ، ص 69.
  51. 1 2 سيليمان 1833 ، ص. 97.
  52. سيليمان 1833 ، ص 75.
  53. سيليمان 1833 ، ص 78.
  54. سيليمان 1833 ، ص 90.
  55. سيليمان 1833 ، ص 96.
  56. سيليمان 1833 ، ص 74.
  57. سيليمان 1833 ، ص 115.
  58. وكالة حماية البيئة 1974 ، ص 13.
  59. تشو 2000 ، ص 33.
  60. تشو 2000 ، ص 49.
  61. 1 2 تشو 2000 ، ص. 50.
  62. تشو 2000 ، ص 51.
  63. تشو 2000 ، ص 13.
  64. 1 2 3 4 كينت 2012 ، ص. 1414.
  65. Koyikkal 2013 ، ص 53.
  66. "تكرير السكر" . SKIL .
  67. كينت 2012 ، ص 1415.
  68. "هل تحتوي مكونات السكر الأبيض على مكونات حيوانية؟" . منظمة بيتا . 7 يوليو 2010.
  69. وكالة حماية البيئة 1974 ، ص 26.
  70. 1 2 3 تشو 2000 ، ص. 14.
  71. 1 2 3 4 5 6 EPA 1974 ، ص 30.
  72. وكالة حماية البيئة 1974 ، ص 28.
  73. تشو 2000 ، ص 7.
  74. تشو 2000 ، ص. 6.
  75. 1 2 سارة موريسون (23 مايو 2008). "هذا الشمندر حلو!" (ملف PDF) . هيئة الإحصاء الكندية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 6 يوليو 2011.
  76. ١ ٢ بيتر س. كارلتون (٢٠٠٩). "إزالة الجليد عن الطرق باستخدام دبس البنجر منزوع السكر" . منشورات CAS. مؤرشف من الأصل في ٢٦ سبتمبر ٢٠١١. تم الاطلاع عليه في ٤ فبراير ٢٠٢٣ .
  77. "Zentrifugensteuerung" (بالألمانية). BMA. مؤرشف من الأصل في 22 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 12 يوليو 2013 .

فهرس