исследовательская работа "Утилизация отходов свеклосахарного производства как одно из перспективных направлений деятельности предприятия»

Управление образования и науки Тамбовской области

ТОГБОУ СПО « Жердевский колледж сахарной промышленности»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

на тему:  «Утилизация отходов свеклосахарного производства как одно из перспективных направлений деятельности предприятия  »

Выполнила:                                          студентка группы 3 та   Булыгина Ирина                                    

Научный руководитель:       Насонова О.С.                                          

Жердевка

2013

                Исследовательская работа «Утилизация отходов свеклосахарного производства как одно из перспективных направлений деятельности предприятия  » знакомит студентов с основными направлениями и методами утилизации отходов, образующихся в результате производства сахара-песка  на свеклосахарных предприятиях. Эта работа нацеливает студентов на использование ресурсо-и энергосберегающих технологий в своей дальнейшей профессиональной деятельности, способствует расширению кругозора и  органически вписывается в учебно-воспитательный процесс учебного заведения.

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………………4

Основная часть……………………………………………………………………………..5

Глава I. Утилизация свекловичного жома………………………………………………..5

Глава II. Использование свекловичной мелассы…………………………………………9

Глава III. Направления использования фильтрационного осадка...……………………12

Заключение………………………………………………………………………………...15

Список литературы………………………………………………………………………..16

Введение

В последнее десятилетие в перерабатывающей промышленности произошли позитивные изменения. Отдельные сахарные заводы реализовали комплексные программы модернизации и технического перевооружения производства, существенно увеличились мощности. Но при этом существует еще ряд нерешенных проблем. Например, немаловажным аспектом для повышения эффективности свеклосахарного производства является возможность сделать отрасль безотходной. Данная исследовательская позволит студентам расширить спектр знаний в области производства сахара, изучить существующие технологии переработки отходов и выбрать наиболее актуальные направления их утилизации

Цели и задачи исследования:

 – изучить имеющиеся технологии утилизации отходов свеклосахарного производства;

-научиться самостоятельно работать с научной литературой, осуществлять поиск информации в сети INTERNET и анализировать полученную информацию;

- произвести сравнительный анализ и выбрать наиболее перспективные направления использования отходов свеклосахарного производства.

Данная работа носит характер теоретического исследования.

Основная часть

I. Утилизация свекловичного жома

            Свекловичный жом является побочным продуктом процесса производства свекловичного сахара, представляя собой обессахаренную свекловичную стружку (80-82% от массы переработанной сахарной свеклы с содержанием сухих веществ около 6,5-7,0%).

            Химический состав свежего свекловичного жома содержит (в сухом веществе) около 45-47 % целлюлозы, до 50 % пектиновых веществ, 2 % белка, 0,6-0,7 % сахара и около 1 % минеральных веществ, присутствуют витамины и органические кислоты.

             Основным направлением использования свекловичного жома является применение его в рационах кормления крупного рогатого скота мясного и молочного направлений.

              Свекловичный жом является хорошим кормом для крупного рогатого скота и по питательности сопоставим с силосом из кукурузы. Его целесообразно скармливать животным в сочетании с ферментными препаратами или ферментативными пробиотиками из-за относительно высокого содержания клетчатки.

    В свежем виде используется только часть жома. Значительное количество сырого жома приходится хранить в жомовых ямах. Под влиянием микроорганизмов жом в ямах закисает и превращается в кислый. При брожении в жоме обычно образуются кислоты: молочная, масляная и уксусная (больше всего уксусной кислоты). Масляная кислота придает жому особенно неприятный запах.

При хранении идут не только процессы брожения, но и другие процессы, в результате которых нерастворимые вещества жома  превращаются в растворимые. Вместе с жомовой водой растворенные вещества и кислоты уходят через дренаж.

Таким образом, при хранении теряется значительная часть сухих веществ жома. За 5 месяцев хранения жом может потерять до 40% сухих веществ. Данный способ хранения, применяемый на заводах следует признать совершенно неудовлетворительным.

Для лучшего консервирования жома его необходимо силосовать (в откормочных хозяйствах).

Целесообразно для этого создать специальные силосохранилища.

Перед силосованием жом необходимо прессовать до СВ = 10-12% и добавлять к нему грубые корма – мякину, соломенную сечку и др., чтобы влажность смеси составляла 70%. Массу хорошо утрамбовывают, укрывают малоценными грубыми кормами, опилками, затем мягкой жирной     глиной   ( слоем 12-15см) и сверху утепляющими материалами.

Температура жома должна быть 25-300С и не должно быть доступа воздуха. В таких условиях идет молочно - кислое брожение. Такой жом имеет более высокое качество и хранится длительное время.

   Во избежание потерь питательных веществ при хранении свежего  и кислого жома, для решения экологической проблемы жом целесообразно высушивать.

Свежий жом содержит значительное количество влаги (до 94%). Сушить такой жом экономически невыгодно, поэтому для уменьшения расхода тепла на высушивание значительная часть воды из свежего жома удаляется при помощи прессов с доведением содержания сухих веществ в жоме до 20- 25%

Получение сушеного жома осуществляется следующим образом. Отжатый до максимально возможного содержания сухих веществ сырой жом поступает в шнековый смеситель и подается в камеру смешения жомосушильного барабана, куда из камеры сгорания топлива поступают дымовые газы температурой 800-9000С. Жомосушильный барабан внутри имеет крестовидные насадки для перемешивания жома в процессе высушивания и обеспечения лучшего контакта с дымовыми газами. Передвигаясь прямотоком вместе с дымовыми газами, жом перемешивается с помощью крестовидных насадок, высушивается и выводится в выгрузочную камеру. Жом сушат до содержания в нем влаги 12-14%. Такой продукт легко сохраняется. Из  выгрузочной камеры сушеный жом поступает  в шнек. А затем элеватором поднимается на весы, где его взвешивают и направляют в склад. В складе жом обычно хранится насыпью.

Низкая объемная масса сушеного жома  в рассыпном виде (около 250 кг/м3)  не позволяет рационально использовать объемы складов и грузоподъемность транспорта. В связи с этим сушеный жом целесообразно гранулировать. При этом объемная масса его увеличивается в 2-3 раза, значительно сокращаются потери жома при погрузочно-разгрузочных работах, облегчается  механизация раздачи корма на фермах. Кроме того сушеный жом беден протеином, фосфором, микроэлементами и витаминами. Для повышения кормовой ценности его обогащают мелассой (источником микроэлементов и витамин), карбамидом  (источником протеина) и обесфторенным фосфатом (источником фосфора).

Таким образом, можно получать гранулированный жом с различными добавками: мелассой, карбамидом, сгущенной бардой спиртового и дрожжевого производства и др.

Свекловичный жом относится к наиболее перспективному сырью для получения низкоэтерифицированного пектина, то есть пектина со степенью этерификации менее 50%. Низкоэтерифицированный пектин находит широкое применение в медицине, фармакологии, кондитерской промышленности.

         Медицинское применение низкоэтерифицированного свекловичного пектина обусловлено еще его значительной бактерицидной активностью, благодаря чему этот вид пектина может использоваться при лечении желудочно-кишечных заболеваний у детей. Причем, бактерицидная активность пектинов усиливается при снижении степени этерификации.

        Бактерицидные свойства пектина позволяют использовать его в составе пектин-желатинового комплекса с добавками физиологически активных веществ в качестве водорастворимой пленки для лечения открытых ран и ожогов.

        Кроме того, одним из основных аспектов применения пектина в медицине являются комплексообразующие свойства пектина. Однако для нейтрализации воздействия тяжелых металлов и радионуклидов на организм человека наиболее предпочтительно использование низкометоксилированного свекловичного пектина. Первоначально низкоэтерифицированный пектин из свекловичного жома обладает крайне низкой студнеобразующей способностью. Применение низкоэтерифицированного пектина из свекловичного жома в кондитерской промышленности стало возможным благодаря применению специальных технологических приемов, позволяющих значительно увеличить студнеобразующую способность свекловичного пектина. Увеличение студнеобразующей способности данного вида пектина возможно путем его амидирования. Амидирование свекловичного пектина позволяет расширить области его применения в кондитерском производстве, где его использование обеспечивает самые низкие скорость и температуру желирования, эластичную текстуру изделий с высокой вязкостной составляющей. Кроме того, амидированные пектины из свекловичного жома могут быть использованы в качестве стабилизирующей и сгущающей добавки при производстве йогуртов и сметаны. Также возможно применение амидированных пектинов для производства термостойких хлебопекарных джемов.

           Производство свекловичного пектина целесообразно организовывать на сахарных заводах или в непосредственной близости от них. В этом случае в период переработки свеклы пектиновое производство может работать на чрезвычайно дешевом свекловичном жоме. В оставшуюся часть года будет использоваться высушенный жом. Для экстракции пектина из свекловичного жома наиболее часто применяется метод гидролиза минеральными кислотами.

            Из свекловичного жома вырабатывается также пектиновый клей. Способ получения клея основан на переводе в раствор нерастворимых в холодной воде пектиновых веществ и арабана, содержащихся в жоме. Выход клея составляет 2,5-3% к массе свежего жома.

           Одним из наиболее перспективных и востребованных направлений использования свекловичного жома является производство пищевых волокон. Пищевое волокно — это остатки растительных клеток, способные противостоять гидролизу, осуществляемому пищеварительными ферментами человека.

         Традиционно из свекловичного жома вырабатывались лишь неосветленные пищевые волокна, которые использовались при производстве ограниченного числа пищевых продуктов. Их органолептические показатели не удовлетворяли взыскательного потребителя. Однако в течение последнего десятка лет были разработаны современные технологии получения осветленных пищевых волокон из свекловичного жома, которые содержат большое количество пектиновых веществ и могут применяться в качестве добавки при производстве широкого ассортимента продуктов питания.

        Осветленные пищевые волокна из свекловичного жома характеризуются меньшей микробной обсемененностью, в отличие от неосветленных. Кроме того, пищевые волокна из свекловичного жома обладают более низкой влагоудерживающей способностью, так как содержат до 10% гидратопектина. Данное свойство позволяет использовать свекловичные пищевые волокна для производства биологически активных пищевых добавок профилактического питания.

         Пищевые волокна, получаемые из свекловичного жома оказывают следующие физиологические воздействия на функционирование желудочно-кишечного тракта и организма в целом:

- подавление аппетита;

- увеличение насыщения;

-  снижение потребления энергии;

- изменение степени абсорбции жира и т.д.

Таким образом,   такой дешевый и перспективный вторичный сырьевой ресурс свеклосахарного производства как свекловичный жом, целесообразно использовать в качестве сырья для производства кормов, пектина и пищевых волокон.

II. Использование свекловичной мелассы

      Меласса – оттек, полученный при центрифугирова-нии утфеля последней ступени кристаллизации.

Меласса – густая вязкая жидкость темно-коричневого цвета.

В состав мелассы входят: вода, значительное количество сахарозы и большинство растворимых несахаров, оставшихся в соке после его очистки известью и образовавшихся в результате разложения сахарозы на последующих стадиях производства.

Чистота мелассы составляет 56-60%. В мелассе содержится значительное количество азотистых  веществ: около одной трети составляет бетаин, остальное – аминокислоты и амиды кислот. Из аминосоединений преобладают  глутаминовая    кислота и продукт её превращения – пирролидинкарбоновая кислота.

В мелассе присутствуют микроэлементы: Аℓ, Мg, Fe, Мn, Сu, Sч, Si и др.; карбонаты К и Nа.

В мелассе содержатся такие вещества: органические кислоты, инвертный сахар, раффиноза, красящие вещества и др.

          Меласса очень ценный отход (побочная продукция) сахарной промышленности и её необходимо максимально эффективно утилизировать. Для изучения способов утилизации мелассы предлагается классифицировать их по применяемым при этом методам:

- получение сахара из мелассы (метод сепарации путем выделения трехкальциевого сахарата, стронциевый метод, баритовый метод, осаждение концентрированной уксусной кислотой);

- утилизация на корм скоту (непосредственное скармливание, производство комбинированных кормов);

- утилизация в бродильной промышленности (производство спирта, дрожжей, лимонной  и молочной кислот, глицерина);

- ионитная очистка мелассы с получением сахара, глутаминовой кислоты, бетаина.

         Меласса содержит около 50%  ценного питательного вещества – сахарозы, ради получения которой и выращивается сахарная свекла. Поэтому было бы целесообразнее использовать всю мелассу для получения сахара, при условии, что метод получения будет не слишком дорог и сложен.

В настоящее время имеется несколько методов:

- выделение сахара из мелассы методом известковой сепарации;

- стронциевый метод обессахаривания мелассы;

-  баритовый метод обессахаривания мелассы;

- осаждение сахара уксусной кислотой.

            Значительное количество  мелассы идет на производство этилового  спирта. Основой мелассоспиртового производства является сбраживание сахаров мелассы при температуре 20-250С               дрожжами и превращение их в спирт и   углекислый газ. Сахароза при помощи инвертазы дрожжей превращается в смесь                       глюкозы и фруктозы, которые затем другим ферментом –            зимазой дрожжей – сбраживается в спирт и  углекислый газ.

       Из 100 кг сахарозы мелассы получается 58-60л. спирта.

          Меласса служит также основным сырьем для производства дрожжей.

          Дрожжи–живые микроорганизмы( грибы). Сухое вещество дрожжей состоит в основном из белков и богато витаминами.

          Производство дрожжей основано на  размножении дрожжей на жидких питательных средах с последующим их выделением в прессованном виде. Для более полного выхода дрожжей мелассу разбавляют до СВ =5%. При этом дрожжи получают необходимые питательные вещества, но не имеют избытка сахара для его превращения в спирт. В раствор мелассы добавляют определенное количество аммиачных солей, а также фосфорные соединения. 

Выделение дрожжей проводится на сепараторах. Полученное дрожжевое молоко промывают и направляют на фильтры. После фильтра дрожжевая масса формуется и упаковывается. Влажность прессованных дрожжей 75%.

        Выход прессованных дрожжей составляет 100кг на 100кг мелассы

 Меласса  используется также в качестве питательной среды при производстве лимонной и молочной кислот.

Биохимический способ  получения лимонной кислоты основан на превращении сахара в лимонную кислоту плесневым грибом  Аспергиллюс нигер, с помощью ферментных систем .

    Гриб обладает высокой активностью и способен превращать в лимонную кислоту свыше 90% всего сахара, содержащегося в питательной среде.

      Молочная кислота весьма ценна для пищевой промышленности (кондитерской, консервной, хлебопекарной, при производстве  безалкогольных напитков и др.) Она имеет важное значение в фармацевтической промышленности.

    Молочная кислота получается сбраживанием сахарозы посредством молочнокислых бактерий при 50 С.

     Сахароза сначала расщепляется на глюкозу и фруктозу, которые затем сбраживаются в молочную кислоту.

Меласса используется в качестве основной питательной среды и при получении витамина В 12 . Она предварительно гидролизуется для превращения сахарозы в инвертный сахар. В среду добавляется также кукурузный экстракт и хлористый кобальт.

Витамин B12 - единственное из питательных веществ, содержащее микроэлемент кобальт, необходимый для нашего здоровья. 
Этот витамин активно участвует в обмене белков, жиров и углеводов в тесном взаимодействии с витамином С, фолиевой и пантотеновой кислотами.

Он оживляет также запасы железа в нашем организме, которых, как правило, не хватает.

В самое последнее время получены данные, что витамин B12 имеет важное значение и для образования костей.

       Существуют способы получения из мелассы глутаминовой кислоты,  глутамата натрия и бетаина.

       Глутаминовая кислота   играет огромную  роль в  организме человека – она  является единственной кислотой, интенсивно потребляемой нервными клетками при окислительных процессах в мозгу (при детских нервных заболеваниях, эпилепсии, шизофрении, при усталости и т д;)

       Глутамат натрия используется как вкусовая добавка в продуктах питания.

III. Направления использования фильтрационного осадка

Фильтрационный осадок в свеклосахарном производстве получается при очистке диффузионного (свекловичного) сока, отделяется от сока на фильтрах (вакуум-фильтрах, камерных фильтр – прессах и др.), промывается от сахара и удаляется из производства.

Выход осадка зависит от расхода извести на очистку. Выход сухих веществ  равен удвоенному расходу извести.

После вакуум – фильтров  осадок имеет влажность 50% и выход его составляет 10 – 12 % к массе свеклы. На автоматизированных фильтр – прессах влажность осадка 30% и выход составляет 6-7% к массе свеклы.

Химический состав осадка зависит от состава извести, механических примесей сока и состава несахаров.

Сухое вещество осадка очень близко по составу к природным известнякам, которые используется на сахарных заводах для получения извести и сатурационного газа.

 От известняка осадок отличается большим содержанием влаги, структурой и наличием органических примесей. Относительно высокое содержание карбоната кальция в осадке уже давно указывало на возможности использовать осадок для получения извести и сатурационного газа.

Данная проблема особенно актуальна для заводов, удаленных от месторождений известняка.

За время существования сахарной промышленности предложены различные способы переработки осадка, но из – за значительного расхода топлива, большой затраты рабочей силы и высокой себестоимости получаемой извести регенерация осадка не нашла широкого применения в промышленности  ни в России, ни за рубежом.

В настоящее время наиболее распространенным способом утилизации фильтрационного осадка является его применение в сельском хозяйстве.

Фильтрационный осадок содержит вещества, которые могут играть роль удобрения (азотистые, фосфорные) или улучшителя почвы.

Содержащийся в осадке карбонат кальция устраняет вредную кислотность почвы, улучшает ее структуру, делает тяжелые глинистые почвы более рыхлыми, а легкие – более связными, активизирует деятельность полезных микроорганизмов почвы, способствует мобилизации питательных элементов растениями и лучшему использованию ими органических и минеральных удобрений.

Исследования показали, что достаточно вносить на 1 га почвы 3 – 5 т фильтрационного осадка и его воздействие проявляется в течение десяти – двенадцати и более лет.

Там, где вблизи сахарных заводов имеются заводы по получению спирта из мелассы, эффективно в качестве удобрения использовать осадок в смеси с бардой.

          В  России освоена технология производства цемента и газобетона из дефеката – фильтрационного осадка, получающегося в результате  переработки сахарной свеклы.

Для того чтобы ежегодно производить 120 тысяч тонн  цемента, необходимо переработать 135  тысяч тонн дефеката.

         Такое производство уже функционирует в нескольких странах мира, в частности, в США.

        Одновременно с производством цемента,  один, максимум – два таких завода позволят эффективно решить проблему утилизации дефеката в районах промышленного производства сахара. С учетом того, что кроме цемента, на тех же заводах можно выпускать газобетонные плиты с использованием этого же сырья, эффективность проекта увеличивается еще более.

 Обратить на пользу отходы производства, утилизация которых представляет серьезную проблему – вот что означает введение в строй такого производства. Производство цемента с использованием дефеката в качестве сырья - высокоэффективное решение главной экологической проблемы сахарного производства и тем самым эффективный способ оздоровления экологической ситуации в сахаропроизводящих регионах.

 Проект, совмещающий в себе  безвредную утилизацию дефеката и производство экологически чистого бетона, является высокоэффективным как в плане производства, так и в плане сохранности окружающей среды. Сроки окупаемости проекта являются рекордно низкими за счет дешевизны сырья, являющегося побочным продуктом сахарного производства.

    Для очистки нефте- и маслосодержащих сточных вод в промышленности широко используют активированные угли. Однако стоимость такой очистки велика, ввиду высокозатратной технологии получения самих активированных углей и необходимости их регенерации в дальнейшем. В связи с этим является актуальным поиск новых материалов, пригодных для их использования в процессах очистки сточных вод, менее дорогостоящих и более доступных. Одним из таких материалов может быть сорбент-коагулянт, полученный из дефеката. При термической обработке дефеката происходит неполное сгорание органических веществ, содержащихся в дефекате, при этом образуется чистый углерод (сажа), частицы которого осаждаются на поверхности СаСО3 . При этом происходит частичное разложение СаСО3 с образованием СаО. При добавлении термообработанного дефеката к сточным водам наблюдается высокая эффективность очистки. Эффективность очистки по нефтепродуктам составляет 91,5%, а по жирам – 98,0%. По ряду других веществ также получены высокие результаты очистки. Это свидетельствует о полифункциональности свойств дефеката.

                                      Заключение

Исследовательская работа помогает в решении целого ряда практических, профессиональных и воспитательных задач.

Выполнение данной исследовательской работы позволяет студентам расширить спектр знаний в области производства сахара, стимулирует интерес к изучению спецдисциплин. Кроме того, исследовательская деятельность способствует формированию сознательного отношения к будущей профессиональной деятельности,  экологической и экономической культуры студентов,

Список  литературы

1. Бугаенко И.Ф. Повышение эффективности сахарного производства.-М., 2008.-180 с.

2. .Зелепукин Ю.И., Бирюков И.И., Бирюкова Н.И., Зелепукин С.Ю.
Утилизация фильтрационного осадка// Сахар. 2011. -№ 6.- С. 41.

3. Егорова М.И. Свеклосахарная меласса-сырье для производства кормопродуктов //Сахар. 2010. -№ 2.- С. 18-22.

 4.Серёгин С.Н., Межевикин В.А., Агаджанов А.А. Вторичные ресурсы сахарного производства-экономико-экологический аспект.//Сахар. 2009. -№ 10. -С. 39-43.

5.Спичак В.В., Вратский А.М.Современные направления использования и утилизациисвекловичного жома. //Сахар. 2011. -№ 9. -С. 60-64.

6.Меласса-резерв повышения эффективности производства //Сахар. 2009. -№ 5. -С. 73-75.

7. http://asio.ru/news/8/cement-iz-saharnoy-svekly

8. http://www.biotechagro.ru/articles/food/bitasil_03.php

9. http://www.proektps.ru/pektin_new.htm

10. http://proiz-teh.ru/bt-sahar.html