"Промышленная хромотография для оптимизации выработки сахара"- МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКЛАД.
учебно-методический материал на тему

         ФГОУ СПО « ЖЕРДЕВСКИЙ КОЛЛЕДЖ САХАРНОЙ  

                                  ПРОМЫШЛЕННОСТИ»  

    М Е Т О Д И Ч Е С К И Й      Д О К Л А Д

     Тема : « Промышленная хроматография для оптимизации

                    выработки сахара».

         Преподаватель спецдисциплин – Бельков А.П.

                                           2012

   Хроматографическая сепарация применяется в промышленных масштабах

более полувека. Изначально в сахарной промышленности и производстве подсластителей были опробованы хроматографические системы периодического действия. Изобретение Бротоном в1961г.принципа непрерывного псевдодвижущегося слоя ( SMB) дало толчок интенсивному развитию процесса в сахарной промышленности. Однако коммерческие установки, позволяющие осуществлять периодические или непрерывные процессы , в сахарной промышленности появились лишь 20 лет спустя.

Первая в России установка обессахаривания мелассы , построенная по технологии компании Amalgamaled Research\ Amalgamaled Sugar, была

успешно пущена в 2011г. на ОАО « Ольховатский сахарный комбинат».

    Хроматография может эффективно использоваться в тех случаях , когда

другие традиционные методы разделения либо совсем неприменимы, либо

имеют значительные ограничения .Полезной характеристикой промышлен-     ной хроматографии является возможность разделения групп компонентов с очень схожими физико-химическими свойствами в два или несколько пото-

ков с достаточно высокой эффективностью.

     Хроматографический процесс основывается на различии в сродстве компонентов раствора и использовании элюента для достижения необходимой сепарации . Как правило , хроматографии не требуется химическая регенерация, поэтому процесс не имеет отходов регенерации.

Промышленное оборудование относительно простое по конструкции , и процесс можно легко автоматизировать.

     Когда сырье вводится в колонну , где оно взаимодействует с сепарационной средой ( например ионобменной смолой) , компоненты ,

имеющие слабое сродство к смоле или не имеющие его вовсе продолжают движение с потоком. Компоненты же с более высоким сродством задерживаются при взаимодействии с смолой, и поэтому их движение замедляется. В результате на протяжении на протяжении длины колонны

происходит разделение сырьевого потока, формируется профиль концентра-

ции , и при правильном переключении клапанов можно получить фракции , обогащенные определенными компонентами.

      В качестве сепарационной среды , как правило , используется ионо-обменная смола , но механизм разделения не включает ионный обмен ,

т.к.смола быстро интегрирует свою форму к ионной структуре сырьевого материала. Любой хроматографический процесс включает три основные этапа:

- предварительная обработка сырьевого материала;

- непосредственно хроматографическая сепарация;

- концентрация ( выпаривание) продуктовых потоков.

       Опыт эксплуатации установок по обессахариванию мелассы показы-

вает , что большинство нарушений технологических параметров не связано

с процессом хроматографии , а является результатом неисправной работы

периферийного оборудования. Критичными для обеспечения надежной работы хроматографической системы являются следующие параметры:

- деаэрация сырьевых потоков для минимизации окисления ( старения) смолы;

- количество взвешенных частиц и минимальный размер твердых частиц,

присутствующих в сырьевом потоке;

- концентрация определенных компонентов , например инвертных сахаров,

раффинозы, беатина в сырьевом продукте в определенных пределах;

- жесткость ( наличие катионов двухвалентных металлов);

- эффективность хроматографических систем в обесцвечивании , однако,

как правило , установлен определенный процент обесцвечивания, зависящий

от цветности питания;

-негативное влияние на разделение смолы добавления химикатов в предшест-

вующую операцию, поэтому определенные компоненты ( пеногасители,

дезинфицирующие вещества и т.д.) должны быть совместимы с сепарацион-

ной  средой.

    Отклонения в уровнях содержания СВ или значения рН сырья негативно

влияют на разделение и должны быть минимизированы.

     Существующие хроматографические установки используют множество

различных схем управления , последовательностей потоков , конфигурации

клапанов и колонн. Несмотря на то что изначально в первых промышленных испытаниях превалировала хроматография периодического действия , со вре-

менем  хроматографические методы псевдодвижущего слоя ( SMB) для

крупномасштабных процессов сепарации стали наиболее предпочтительны-

ми. Противоточное движение жидкостей и сепарационной среды достигается

простым переключением клапанов и циркуляции потоков.

    Основными параметрами данного процесса являются чистота и выход.

Еще одним важным параметром , характеризующим производительность

хроматографического процесса , количество элюента. Оба продуктовых потока по сравнению с сырьевыми потоками разбавлены , т.к. смола контактирует с элюентом в течение производственного цикла .В большинст-

ве случаев при последовательной обработке продукты должны подвергаться выпариванию , что составляет значительную часть и капитальных , и производственных затрат. В пределах определенного диапазона параметров

добавление большего количества элюента ( воды)  позволяет достичь более высокого разрешения в хроматографии  и следовательно лучшей сепарации.

      Хроматография имеет широкий спектр применения:

- фармацевтические препараты ( сепарация энантиомеров, производства витаминаС и т.д.);

-сахар и подсластители ( сепарация сахаров и солей , фракционирование

сахаросодержащих смесей , очищение полиолов);

- химическая промышленность ( сепарация изомеров ксилола, призводство

лимонной кислоты и т.д.) ;

- нутрицевтика ( очищение онулина);

- сепарация протеина ;

- пищевая промышленность ( частичное обесслащивание фруктовых соков ,

фракционирование молочных продуктов);

- гидрометаллургия ( сепарация ионов кислот и металла);

- биоэнергетика.

   Относительно высокие капиталовложения являются , пожалуй главным

сдерживающим фактором , затрудняющим широкое использование промыш-

ленных хроматографических процессов. Анализ структуры затрат помогают

определить высокозатратные области их применения и предоставляет прив-

лекательные альтернативы для повышения экономической эффективности.

Стоимость проекта включает много факторов , связанных с размером проекта, требуемой инфраструктурой и интеграцией в существующие мощности . При проведении исследований для анализа капитальных и произ-

водственных затрат находят методы по сокращению затрат на проведение

внедрения процесса хроматографии в промышленное производство.