«О перспективности вложений в глубокую переработку зерна зерновых культур

Рекордные урожаи зерновых культур последних лет в стране обострили проблему реализации собранной продукции. Принципиальное решение неожиданно возникшей зерновой проблемы многим экспертам видится в уходе от реализации зерна в натуральном виде (как сырьё) и переходе к его глубокой переработке. Кроме того, важной задачей является ликвидация импортной зависимости от продуктов переработки зерна с высокой добавленной стоимостью.

1. Технология глубокой переработки зерна на данный момент новая для России, но довольно перспективная отрасль. При увеличивающихся каждый год объемах выращиваемого зерна строительство заводов для глубокой переработки приобретает огромные перспективы. Во всем мире эта отрасль уже давно активно развивается, а продукция, получаемая в результате глубокой переработки, имеет стабильный спрос во всем мире.

Данная технология позволяет получать множество компонентов, востребованных как на внутреннем, так и на внешнем рынке. На данный момент в Российской федерации запущено уже около 20 проектов строительства больших промышленных комплексов для глубокой переработки зерновых и это далеко не предел.

В настоящее время в Европе функционирует 78 заводов глубокой переработки зерновых, расположенных в 20 странах. В США таких заводов всего 21, но при этом каждый американский завод имеет более высокую мощность производства.

Глубокая переработка зерновых — это разделение зерна на составляющие, которые в последствии могут быть использованы при производстве множества разнообразных продуктов. Сфера применения продуктов глубокой переработки огромна, она не ограничивается лишь пищевой промышленностью.

Сам процесс глубокой переработки начинается с измельчения зерна и получения муки и отрубей.

На этом этапе возможно применение «Роторно-волновой мельницы» разработанной научным центром нелинейной волновой механики и технологии (НЦ НВМТ) Института машиноведения им. А.А.Благонравова РАН, обеспечивающей сухое сверхтонкое измельчение твердых материалов до размеров менее 0,01 мм. В перспективе возможно применение струйной мельницы с плоской рабочей камерой со средним размером частиц в диапазоне 1-10 мкм от того же разработчика (рис. 1).

Рисунок 1. Струйная мельница с плоской рабочей камерой

Для разделения полученного продукта на муку и отруби в перспективе можно использовать аэродинамический центробежный классификатор порошков разработки НЦ НВМТ (рис.2.).

Рисунок 2. Аэродинамический центробежный классификатор порошков

На втором этапе в полученную при измельчении зерна муку добавляют воду и замешивают тесто. На данном этапе в качестве эксперимента может быть применён волновой смеситель многофазных и многокомпонентных жидких сред для пищевой и химической промышленности (рис.3).

Рисунок 3. Волновой смеситель многофазных и многокомпонентных жидких сред для пищевой и химической промышленности.

Далее следует процесс сепарации — разделение полученной суспензии на фракции. Технических решений для осуществления процесса сепарации теста в России на данный момент не существует ни в виде опытных образцов, ни в виде готовых продуктов.

Эксперименты показали, что при приготовлении водно-мучной суспензии (теста) с применением правильно подобранной волновой технологии существенно улучшаются условия для коагуляции белков и их отделения от крахмала. Это создает перспективы повышения эффективности процесса (сокращение количества операций и производственного цикла, повышение процента извлечения крахмала и белков, улучшение качества полученных продуктов, расширение спектра применяемого сырья, включая трудно разделяемые продукты).

Однако внедрение технологии глубокой переработки зерна связано с рисками внедренческого, технологического, логистического и сбытового характера.

Внедрение технологии глубокой переработки зерна с усовершенствованием отдельных элементов посредством внедрения машин и механизмов основанных на принципах нелинейных волновых процессов связано с рисками недостаточной адаптации этих машин к требованиям технологии. Отечественное волновое оборудование, основанное на принципах нелинейных волновых процессов которое теоретически может быть использовано на отдельных этапах производства существует или в виде опытных образцов или требует адаптации к технологическим параметрам производства.

Также при внедрении волновых технологий потребуется подбор и обучение кадров для работы на новом оборудовании. Так как новое оборудование основанное на принципах нелинейной волновой механики не получило достаточного распространения в промышленности и сельском хозяйстве на технических направлениях колледжей и ВУЗов различной специализации преподавание основ нелинейных волновых процессов и основ нелинейной волновой механики не ведётся.

Технологические проблемы внедрения технологии глубокой переработки зерна с элементами машин и оборудования, основанного на нелинейных волновых процессах связаны с не проработанностью вопроса его совместимости с остальным оборудованием задействованным в технологии глубокой переработки зерна.

Проблемы логистического и сбытового характера связаны с недостаточной изученностью рынка конечных продуктов технологии глубокой   переработки зерна.

2. Получение карбоксиметилированного крахмала (КМК) сухим способом при помощи экспериментальной волновой установки.

Карбоксиметилкрахмал (КМК) образуется в результате взаимодействия крахмала с монохлоруксусной кислотой (МХУК) в щелочной среде.

Получение КМК, применяемого в том числе для приготовления буровых растворов, в настоящее время производится «мокрым" или "сухим" способами. Применение "сухих" технологий является более перспективным как с точки зрения производительности и энергозатрат, так и с точки зрения экологических аспектов, так как при "сухом" способе практически отсутствуют стоки.

Единственным компонентом, представляющим собой жидкость в процессе производства карбоксиметилкрахмала (КМК) является этанол. Который в данном производственном процессе не является как элементом получаемого продукта, так и необходимым условием самой технологии, а представляет собой растворитель для конечного продукта (рис.4.).

Рисунок 4. Схема производства карбоксиметилкрахмала (КМК) («мокрый способ»).

Это явилось предпосылкой изобретения более перспективной как с точки зрения производительности и энергозатрат, так и с точки зрения экологических аспектов, «сухой» технологии. Так как при "сухом" способе практически отсутствуют применение жидких компонентов, и значительно упрощается сама технология за счёт исключения нескольких этапов связанных с использованием жидкостей (рис.5.).

Рисунок 5. Схема производства карбоксиметилкрахмала (КМК) («сухой способ»).

Применение волновых технологий возможно на этапе «Дозирование» (рис. 5.) путём применения «Волнового дозатора сыпучих компонентов» (рис.6)

Рисунок 6. Волнового дозатора сыпучих компонентов

и «Волнового смесителя-активатора разнородных компонентов сухих смесей» (рис.7).

Рисунок 7. Волнового смесителя-активатора разнородных компонентов сухих смесей

(разработки (НЦ НВМТ) Института машиноведения им. А.А.Благонравова РАН). Также для измельчения конечного продукта на этапе «Прессование» возможно применение «Роторно-волновой мельницы» или «Струйной мельницы с плоской рабочей камерой» (рис. 1).

Внедрение технологии производства карбоксиметилкрахмала (КМК) в структурах АФК «Система» связано с определёнными трудностями:

1. Необходимостью уточнения технологических параметров каждого этапа производства.

2. Синхронизацией и настройкой используемого в технологическом процессе оборудования как по объёмам производства, так и по качеству промежуточного продукта.

3. Отсутствием квалифицированных специалистов для работы и обслуживания технологического оборудования, основанного на принципах нелинейной волновой механики.

4. Поиск места размещения производства карбоксиметилкрахмала (КМК) с учётом оптимизации поставок исходных материалов для процесса производства (гидрокси́да на́трия «каустической соды» и монохлоруксусной кислотой (МХУК) и сбыта полученной продукции. (логистика).

5. Синхронизация объёмов производства крахмала, который является одновременно конечным продуктом глубокой переработки зерна и исходным продуктом технологии производства карбоксиметилкрахмала (КМК) с потребность в нём данного производства.

Производство катионированного крахмала также сопряжено с вышеописанными трудностями.