Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,641

ИCСЛЕДОВАИЕ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА УГЛЕВОДОВ АСПИРАЦИОННОЙ ПЫЛИ

Карпова Г.В. Крахмалева Т.М.
Предприятия зерноперерабатывающей промышленности при переработке 300 т зерна в сутки выделяют около 20 т аспирационных отходов, которые обычно складируются, что отрицательно влияет на экологическую чистоту производства. В Оренбургской области ведутся работы по разработке методов использования отходов производства зерноперерабатывающей промышленности и в том числе аспирационной пыли. Один из возможных способов утилизации кислотный гидролиз. Цель исследования - рассмотреть процесс кислотного гидролиза углеводов, входящих в состав аспирационной пыли, которая представляет собой совокупность остатков растительного происхождения, содержащих полисахариды и прочие вещества, которые легко гидролизуются кислотой. Применение кислотного гидролиза для получения редуцирующих веществ (РВ) наиболее экономически выгодно, по сравнению с процессами гидролиза катализируемыми ферментными препаратами, а полученные редуцирующие вещества могут быть применены в различных отраслях АПК. Предлагаемая нами методика гидролиза суспензий из аспирационной пыли заключается в следующем - аспирационная пыль перемешивается с серной кислоты, набухает и переходит в суспензию, которая выдерживается в течении трех часов при температуре 100С, что не противоречит известным исследованиям гидролиза полисахаридов растительных объектов. В колбе размещены мешалка, обратный холодильник и пробоотборник гидролизата. Пробы отбираются каждые 10...20 мин, анализируются редуцирующие вещества по ГОСТ 5903 -77 в трех повторностях. При доверительной вероятности 0,95 ошибка эксперимента составила до 8 %. Предлагаемая методика позволяет отследить кинетику и динамическое равновесие процесса разрыва гликозидных связей полисахаридов и деструкции редуцирующих веществ.

По результатам химического анализа аспирационную пыль разделили на белую, серую, черную и выявили возможность использования биополимеров в кислотном гидролизе и получения редуцирующих веществ. Полисахариды, входящие в состав растительных объектов, по мнению М.С. Дудкина классифицируются на трудно- и легкогидролизуемые углеводы. В первую группу входят вещества клетчатки аморфной и кристаллической структуры и целлодекстрины, а во вторую - декстрины, крахмал и олигосахариды. По полученным данным протекания процессов гидролиза углеводов белой, серой и черной аспирационной пыли построены зависимости приращения концентрации РВ во времени.

Выбор оптимальных режимов производства восстанавливающих веществ зависит не от скорости процессов и константы равновесия, а от промежутков времени начала и окончания наблюдаемых явлений. Зная время перехода системы в равновесное состояние, можно прекратить гидролиз путем нейтрализации кислоты, что позволит избежать деструкции восстанавливающих веществ и перерасхода тепла на обогрев реакторов. Интервалы времени трех процессов, происходящих в результате гидролиза таковы гидролиз 1,0 %-м раствором кислоты углеводов белой пыли описывается кривой, где от О до 110 ± 5 мин происходит накопление РВ. В промежутке времени от 115 до 180 мин система находится в состоянии равновесия, скорость гидролиза остается равной нулю, реакцию следует прекратить.

Для 3 %-го раствора кислоты область приращения РВ продолжается 96 ± 5 мин, далее наступает равновесное состояние системы, кривая приобретает вид прямой, параллельной оси абсцисс. В результате гидролиза 5 %-м раствором серной кислоты период приращения РВ длится 47 ± 5 мин, при этом выход редуцирующих веществ на порядок выше по сравнению с гидролизатом из 1 % и 3 % растворов серной кислоты.

Гидролиз 8 %-м раствором серной кислоты характеризуется еще меньшим промежутком времени прироста РВ - 42±5 мин, состояние равновесия в системе наблюдается в интервале от 42 до 145 мин. Далее редуцирующие вещества окисляются до СО2, а концентрация уменьшается на 4 %. Установлено, что чем выше концентрация кислоты в гидролизуемой суспензии, тем быстрее протекает гидролиз и система входит в состояние равновесия. Для суспензий из белой пыли период времени приращения РВ сокращается со 105 до 45 мин, что связано с увеличением концентрации кислоты от 1 до 8 %. Для гидролиза можно применять и более концентрированные растворы серной кислоты, но отмечено увеличение скорости реакции окисления редуцирующих веществ, образующихся в результате гидролиза.

Для суспензии серой пыли интервал времени накопления РВ сокращается со 105 до 100 мин, что связано с меньшим, чем в белой пыли, содержанием в ней полисахаридов. Форма кинетических кривых гидролиза полисахаридов аспирационных отходов позволяет утверждать, что лимитирующей стадией кислотного гидролиза служит разрыв гликозидной связи. Константу равновесия реакции кислотного гидролиза можно рассчитать, по формуле:

 f

где РВ - равновесная концентрация редуцирующих веществ, моль/л, [НзО ] - концентрация кислоты, моль /л. Численные значения константы гидролиза позволяют характеризовать его глубину. В нашем случае константы больше единицы, то есть реакция протекает глубоко в прямом направлении. Используя константы равновесия, можно рассчитать теоретический выход РВ. Практически выход редуцирующих веществ зависит также от вида пыли, то есть от количества полисахаридов в ней. Таким образом, процесс кислотного гидролиза углеводов, входящих в состав аспирационной пыли, следует считать гетерогенным и многостадийным, способным через определенные промежутки времени переходить в состояние равновесия. Причем, выход редуцирующих веществ зависит от углеводного состава исходного сырья.


Библиографическая ссылка

Карпова Г.В., Крахмалева Т.М. ИCСЛЕДОВАИЕ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА УГЛЕВОДОВ АСПИРАЦИОННОЙ ПЫЛИ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 11. – С. 48-49;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26434 (дата обращения: 17.12.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252