ПОЛУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИЗ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА

Черкасов Василий Дмитриевич; Емельянов Алексей Иванович; Киселев Евгений Викторович

Научная статья УДК 691

ГРНТИ: 67.09 Строительные материалы и изделия ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия doi:10.51608/26867818_2023_1_160

ПОЛУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИЗ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА*

ЧЕРКАСОВ Василий Дмитриевич

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной механики Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (Россия, Саранск, e-mail: ias.dekanat@bk.ru)

SPIN: 6345-0914 AuthorID: 654174

ЕМЕЛЬЯНОВ Алексей Иванович

кандидат технических наук, доцент

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (Россия, Саранск)

SPIN: 8080-4780 AuthorID: 214841

КИСЕЛЕВ Евгений Викторович

кандидат технических наук, доцент

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (Россия, Саранск)

Аннотация. Получение эффективных и экологически безопасных пенообразующих добавок для производства пенобетонов возможно путем щелочного гидролиза белоксодержащего сырья. С целью удешевления стоимости белкового пенообразователя, в настоящей работе приведены результаты изучения процесса гидролиза послеспиртовой барды в присутствии гид-роксида кальция (извести). Разработка условий получения пенообразователя проводилась с использованием сухой зерновой послеспиртовой барды (ГОСТ Р53098-2008). На основании проведенных исследований сделано заключение о возможности получения рассмотренным методом недорого и экологически безопасного пенообразователя для применения в строительстве.

Ключевые слова: пенообразователь; вторичный продукт; гидролиз; послеспиртовая барда; строительные материалы, безопасность строительства

Для цитирования: Черкасов В.Д., Емельянов А.И., Киселев Е.В. Получение эффективных пенообразователей из вторичных продуктов производства этилового спирта // Эксперт: теория и практика. 2023. № 1 (20). С. 160-162. Сок10.51608/26867818_2023_1_160.

* Материалы данной статьи использовались в докладе на Научно-технической конференции «Расширение применения местных сырьевых материалов и отходов предприятий Республики Мордовия, при изготовлении строительных материалов и изделий» (18-19 ноября 2022 г., Саранск, МГУ им. Огарева).

ЭКСПЕРТ: ■ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 1 (20)

EXPERT: THEORY AND PRACTICE

Original article

OBTAINING EFFICIENT FOAM FROM SECONDARY PRODUCTS OF ETHYL ALCOHOL PRODUCTION

Corresponding Member of RAACS, Dr. of Technical, Prof.

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev

(Russia, Saransk, e-mail: ias.dekanat@bk.ru)

EMELYANOV Alexey Ivanovich

candidate of technical sciences, associate professor

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev

(Russia, Saransk)

KISELEV Evgeny Viktorovich

candidate of technical sciences, associate professor

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev

(Russia, Saransk)

Annotation. Effective and environmentally friendly foaming additives for foam concrete production can be obtained by alkaline hydrolysis of the protein-containing raw material. In order to reduce the cost of protein foaming agent, this paper presents the results of the study of the hydrolysis process of the dried grains with soluble in the presence of calcium hydroxide (lime). The development of the foaming agent conditions was carried out with the use of dry grain after-alcohol bard (state standard P53098-2008). It was concluded that it was possible to obtain a cost-effective and environmentally friendly foaming agent for use in construction.

Keywords: foaming agent, secondary product, hydrolysis, dried grains with soluble, building materials, construction safety

For citation: Cherkasov V.D., Emelyanov A.I., Kiselev E.V. Obtaining efficient foam from secondary products of ethyl alcohol production // Expert: theory and practice. 2023. № 1 (20). Pp. 160-162. (In Russ.). doi:10.51608/26867818_2023_1_160.

В ходе проведенных ранее исследований был получен пенообразователь в результате гидролиза вторичных продуктов производства этилового спирта в присутствии гидроксида натрия [1]. Использование гидроксида кальция в качестве щелочного компонента обусловлено еще и тем, что работа с ним менее опасна, чем с гидроксидом натрия, с точки зрения техники безопасности. Кроме этого в силу малой растворимости извести в воде (0,17 г на 100 г воды при 20ОС) ее концентрация в растворе в ходе гидролиза будет поддерживаться постоянной. Небольшое количество извести, которое будет содержаться в полученном растворе гидролизата, при необходимости, можно легко удалить путем ее нейтрализации малым количеством минеральной кислоты.

Разработка условий получения пенообразователя проводилась с использованием сухой зерновой послеспиртовой барды (ГОСТ Р53098-2008), поскольку в ней сдержится большее количество сырого протеина (около 27 мас. %) по сравнению с жидкой (около 2 мас. %) [2] и состав сухой барды более стабилен. В ходе работы варьировались такие параметры, как температура, продолжительность процесса гидролиза, содержание сухих веществ в водной суспензии и количество гидролизующего компонента. В ре-

зультате исследований были установлены следующие наиболее оптимальные соотношения компонентов и условия получения пенообразователя: вода : сухая барда : гидроксид кальция (по массе) - 100,0 : 15,0 : 2,5; продолжительность гидролиза 150 - 180 мин при температуре среды 93 - 95ОС. Содержание сухих веществ в полученном после фильтрования реакционной смеси растворе составило 8,4 %, р1п равно 12 ед. Как известно, значительную роль в стабилизации пены белковых растворов играет рН среды. Так объем и стабильность пены достигают максимального значения в области рН, соответствующей изоэлектриче-скому состояния белка. Экспериментально установлено, что наиболее хорошие пенообразующие свойства раствора гидролизата получаются при рН среды равным 6,5 - 7,0 ед. В связи с этим кислотность гидролизата перед использованием понижали до рЬ равным 7 ед. путем прибавления минеральной кислоты. Минимальное значение концентрации раствора пенообразователя, при которой достигаются максимальная устойчивость пены (более 20 часов), минимальное водоотделение из пены (0 %) и хорошая кратность пены (15 ед.), оказалось равным 2,5 мас. % (см. рисунок). В качестве стабилизатора пены был использован раствор сульфата железа (II).

161

16 15 й 14

а И

13 12

10

A i ^ ---

\

V/

A

/ \

L 2

=7 40

■ 30,

10Î

1 2 3 4 5

Концентрация раствора гидролизата, %

Рис. Зависимость кратности (1) и водоотделения из пены (2) от концентрации раствора пенообразователя

Сравнение свойств пенообразователя полученного путем гидролиза послеспиртовой барды в присутствии гидроксида нария [1] и гидроксида кальция показывает, что в последнем случае гидролизат обладает более хорошими пенообразующими способностями. Кратность растворов гидролизатов определяли как отношение объема пены к объему водного раствора пенообразователя. Водоотделе-ние определяли как количество вытекшего раствора из пены за один час (в процентах к исходному количеству взятого для испытания объема пенообразователя); устойчивость - время выделения из пены половины объема исходного раствора пенообразователя (ГОСТ 6948-81). Однократное замораживание-размораживание раствора пенообразователя не оказывает влияния на качество получаемой из него пены. Продолжительность хранения раствора пенообразователя в плотно закрытой таре составляет не менее трех месяцев (см. таблицу). В присутствии антисептика (0,15 мас. % сульфата меди) продолжительность хранения возрастает вдвое.

Для использования гидролизата в качестве пенообразователя для получения пенобетона, кроме кратности и устойчивости пены нужно выяснить ее совместимость с цементной системой, которая оценивается коэффициентом стойкости пены в цементном тесте. В лабораторных условиях определение

коэффициента стойкости проводили при смешении в течение 1 мин в равных объемах (1 л) цементного теста (В/Ц = 0,4) и пены, затем измеряли полученный объема поризованного теста. Объем полученной пе-номассы деленный на 2 и дает коэффициент стойкости. Испытания показали малую усадку цементной массы в присутствии щелочного гидролизата, а коэффициент стойкости пены в цементном тесте оказался равным 0,92.

Влияние продолжительности хранения (при 20 °С) белкового пенообразователя на свойства пены

Свойства Продолжительность хранения, сут

пены 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Краность,ед. (3% раствор) 15 16 16 16 16 16 16 16 16 16 15 14 14

Водоотделе-

ние, % (3% 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 4 4

раствор)

Предварительные опыты по влиянию полученного пенообразователя и известного пенообразователя «Пеностром» на прочность пенобетона при сжатии плотностью 800 кг/м3 показали идентичные результаты.

Таким образом, на основании вышеизложенных данных можно заключить, что путем гидролиза после спиртовой барды в присутствии гидроксида кальция, можно получить недорогой и экологически безопасный пенообразователь, который по своим пенообразующим свойствам можно рекомендовать для применения в строительстве.

Библиографический список

1. Белковый пенообразователь для пенобетонов / В. И. Бузулуков, В. Д. Черкасов, А. И. Емельянов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Строительство. -2013. - № 7(655). - С. 23-27. - EDN ROCVMX.

2. Изучение биологически активных веществ, содержащихся в отходах спиртового производства / А. Ш. Кайшев, А. Ю. Айрапетова, Л. С. Ушакова [и др.] // Фармация. - 2011. - № 7. - С. 7-10. - EDN OOMRON.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Статья поступила в редакцию 17.01.2023; одобрена после рецензирования 16.02.2023; принята к публикации 20.02.2023.

The authors declare no conflicts of interests. The authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The article was submitted 17.01.2023; approved after reviewing 16.02.2023; accepted for publication 20.02.2023.

OBTAINING EFFICIENT FOAM FROM SECONDARY PRODUCTS OF ETHYL ALCOHOL PRODUCTION

Текст научной работы на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИЗ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА»