УДК 628.5

ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ САХАРНЫХ ЗАВОДОВ

Д.т.н., профессор Широков Ю.А. (РГУА-МСХА им. К.А.Тимирязева), Платонов В.Н. (НПЦ «Новые технологии»)

Аннотация. Статья посвящена проблеме повышения экологической безопасности сахарных заводов. Рассмотрены возможности и эффективность применения нового элементоорганического реагента в технологии очистки сахаросодержащих растворов. В основе этой технологии лежит принцип динамической самоорганизации в неравновесных условиях нековалентно связанных темплатов, которые представляют собой элементорганические молекулы, взаимодействующие с полигидроксокомплексами матрицы посредством водородных, электростатических и ван-дер-ваальсовых сил. Применение новой рецептуры на этой стадии обеспечивает повышение эффекта очистки на диффузии в зависимости от типа диффузионных аппаратов в 2,5-3,2 раза по сравнению с типовой технологией экстрагирования.

Ключевые слова: Экологическая безопасность, переработка свеклы, технология очистки диффузионных соков, элементоорганические реагенты, коагуляция, флокуляция, катализ.

Abstract. The article is devoted to the problem of increasing ecological safety of sugar factories. Considered the possibility and efficacy of a new ORGANOMETALLIC reagent in the technology of purification of sugar-containing solutions. At the core of this technology lies the principle of dynamic self-organization in nonequilibrium conditions ecovalence linked templates, which represent organic molecules that interact with polyhydroxocomplexes matrix via hydrogen, electrostatic and van der Waals forces. The use of a new formula at this stage, to ensure a high cleaning effect on diffusion depending on the type of diffusers is 2.5-3.2 times in comparison with traditional technology of extraction.
Key words: Environmental safety, processing beets, the purification technology diffusion juice, ORGANOMETALLIC reagents, coagulation, flocculation, catalysis.

Большинство технологических линий переработки сахарной свеклы на отечественных заводах не обеспечивают достаточный уровень экологической безопасности. Эффективное решение этой проблемы невозможно без глубокой модернизации сахарных заводов, включающей в себя не только замену устаревшего оборудования, но и совершенствование технологии, в том числе и использование принципиально новых подходов, обеспечивающих существенный качественный скачок в развитии предприятий. Существующая концепция очистки диффузионного сока передставляет собой постоянный компромисс между высоким качеством получаемых соков и их фильтрационно-седиментационными свойствами, который особенно проявляется при переработке свеклы низкого технологического достоинства.

Поиск путей увеличения эффективности этих задач заложен в самом химизме происходящих взаимодействий в системе "сахар-несахар-известь" и направлен на современный концептуальный подход к процессу получения сахара из сахарной свеклы. Пристального внимания заслуживает процесс экстракции сахарозы из стружки, как потенциальный резерв, с точки зрения увеличения полноты удаления несахаров диффузионного сока.

Несмотря на многолетние интенсивные поиски в России и за рубежом, способа получения сахаров без применения извести [1], а также путей повышения качества диффузионного сока за счет использования коагулянтов и других химических реагентов, применяемых для очистки питьевой воды 4, 3, 4], так и не удалось получить эффективную технологию, имеющую принципиальные качественные отличия от традиционной, в том числе и с точки зрения экологического влияния на окружающую среду.

В настоящее время разработана новая технология очистки диффузионных соков, обладающая рядом принципиальных отличий от уже существующих методов и прошедшая тестирование и лабораторную апробацию. В основе этой технологии лежит принцип динамической самоорганизации в неравновесных условиях нековалентно связанных темплатов, которые представляют собой элементорганические молекулы, взаимодействующие с полигидроксокомплексами матрицы посредством водородных, электростатических и ван-дер-ваальсовых сил [5,6]. Такой матрицей является поверхность свекловичной стружки и поверхность ультрадисперсных частиц карбоната кальция, особенно в момент их зарождения. Динамическая самоорганизация предоставляет почти безграничные возможности для создания новых наноструктур на границе раздела фаз "диффузионный сок – поверхность стружки" и, как следствие, обеспечивает возможность дальнейшего совершенствования этой технологии. В результате стал возможным направленный синтез сверхвысокомолекулярных соединений, содержащих в своем составе полифункциональные группы, а также создание принципиально новых рецептур на их основе. Принципиально новым является не только состав, но и способ применения и воздействия на технологические потоки. Впервые использован бинарный подход, при котором конечная короткоживущая рецептура создается непосредственно перед применением за счет смешения компонентов и разбавления их водой.

Разработанный новый способ очистки диффузионного сока не требует аппаратурного изменения существующей технологической схемы, существенных капитальных затрат на новое оборудование. При этом на каждом этапе технологической схемы используется отдельно приготовленная рецептура, совокупность свойств которой наиболее эффективно удаляет несахара из обрабатываемого сахарсодержащего раствора.

Применение новой рецептуры на стадии экстракции сахарозы обеспечивает повышение эффекта очистки на диффузии в зависимости от типа диффузионных аппаратов в 2,5-3,2 раза по сравнению с типовой технологией экстрагирования. Это достигается за счет ряда последовательно-параллельных процессов, а именно:

- формирования мономолекулярного слоя на границе раздела фаз "клетчатка-сок", препятствующего переходу высокомолекулярных соединений из стружки в сок;

- эффективного связывания дисперсных и коллоидных частиц на поверхности стружки;

- удаления соединений, способных образовывать комплексные соединения (например, содержащие азот, двух- и более валентные металлы);

- подавления биологической активности микроорганизмов.

Иcпользуемая на стадии очистки диффузионного сока предварительной дефекации рецептура способствует формированию крупных частиц осадка с закрепленными на них несахарами, устойчивого к разрушению в условиях высокой щелочности. Применение комплексного реагента на I и II сатурациях позволяет увеличить сорбционную способность осадка за счет взаимодействия элементорганических молекул комплексного реагента с полигидроксокомплексами на поверхности частиц посредством водородных, электростатических и ван-дер-ваальсовых сил и обеспечивает получение соков с высокими фильтрационно-седиментационными свойствами, низким содержанием солей кальция и низкой цветностью. При этом эффект очистки диффузионного сока на дефекосатурации составляет 19-25%, что несколько ниже достижимого уровня при типовой технологии очистки (28-32%). Однако, общий эффект очистки, определяемый уровнем несахаров в свекловичном и очищенном соках, достигает 50-55%. Динамика изменения чистоты обрабатываемых соков по типовой схеме очистки и с применением нового реагента приведена на рис.2.

Таким образом, основная очистка соков осуществляется на стадии экстракции в диффузионных аппаратах, а нагрузка на долю известково-углекислотной очистки на станции дефекосатурации значительно снижается. За счет этого становится очевидным сокращение расхода известнякового камня и топлива на его обжиг, что, в свою очередь, обусловливает сокращение количества дефеката и, соответственно, воды на его высолаживание, расхода электроэнергии, снижение потерь сахарозы.

Представляющий собой сложный по химическому составу материал, новый элементоорганический реагент позволяет в едином комплексе осуществлять коагуляцию, флокуляцию, катализ и обладает мощным антисептическими и антипенными свойствами, т.е. в рамках одного технологического узла эффективно решает принципиально разные задачи на всех стадиях очистки, от экстракции до фильтрации. Его применение позволяет отказаться вовсе или сократить количество используемых как традиционных, так и новых видов антисептиков и пеногасителей. По своим коагулирующим и флокулирующим свойствам новый реагент качественно превосходит имеющиеся на рынке флокулянты и коагулянты.

Отличием нового реагента, как антисептика, при введении его как непосредственно в диффузионный аппарат, так и при введении в возвращаемую жомопрессовую воду, является отсутствие эффекта резистентности микроорганизмов к нему, что исключает необходимость использования других антисептиков, их чередования и шоковых способов дезинфекции.

По совокупности происходящих физико-химических изменений в системе "сахароза-несахар-известь-реагент" использование нового реагента позволяет:

- увеличить производительность завода и обеспечить ритмичность переработки свеклы;

-повысить эффективность удаления несахаров в процессе известково-углекислотной очистки диффузионного сока;

- снизить расход известнякового камня и топлива на его обжиг;

- сократить потери сахара в фильтрационном осадке;

- уменьшить потери сахара с мелассой, в том числе и за счет сокращения ее количества;

- исключить применение других флокулянтов, антисептиков и частично сократить расход пеногасителей;

- сократить расход воды на высолаживание осадка;

- снизить расход электроэнергии и топлива;

- гарантировать получение готовой продукции высокого качества, соответствующего требованиям ГОСТ 21-94, даже при поступлении в переработку некондиционной свеклы;

- сократить выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду.

Литература:

1. Головняк Ю.Д., Жаринов Н.И., Семененко В.З. и др. // Сахарная промышленность.- 1995.- №2.– С.10-14.

2. Голыбин В.А., Горожанкина К.К., Черняева Л.А., Зелепукин Ю.И. // Сахар. – 2010.- №3. – С.45-46.

3. Гусятинская Н.А., Липец А.А. // Сахар.- №5.- С.37-40.

4. Демченко А.И., Головня Ю.Д., Рева Л.П. и др. // Сахарная промышленность.- 1997.- №3.- С.18-19.

5. Рева Л.П., Ковдий Е.В. // Сахар. – 2005.- №5.– С.30-36.

6. Савостин А.В., Литош А.Н. // Сахар. – 2006.- №3.- С.35-37