Введение к работе
Актуальность работы: В процессе фотосинтеза фитофтора Земли ежегодно производит порядка 10" тонн растительных полимеров (в основном это полиуглеводы и лигнины древесины, однолетних растений и др.), которые являются перспективным возобновляемым сырьем для энергетической, химической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности
Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) - одна из наиболее крупнотоннажных и экологоемких отраслей промышленности России. Выпуск целлюлозы, бумаги и картона составляет около 10 млн. тонн в год. При этом количество неутилизируемых органических отходов составляет 2-3 млн. тонн в год, а объем сточных вод, содержащих токсичные серо- и хлорсодержащие соединения, достигает нескольких кубокилометров.
В мировой практике преимущественно развиваются технологии производства волокнистых полуфабрикатов для ЦБП, которые характеризуются значительными экологическими нагрузками на окружающую среду. Используемая, как правило в ЦБП технология сульфатной варки создает значительную экологическую нагрузку на окружающую среду, так как при этом способе варки выделяется большое количество высокотоксичных соединений серы, хлора, фенола, диоксинов и др.
Органосольвентные технологии производства целлюлозы являются одними из наиболее экологически безопасных. В ряде стран (Канада, США, Германия, Финляндия и др.) различные варианты этих технологий находятся в стадии опытных проработок.
Использование органосольвентной варки и отбелки целлюлозы позволяет максимально замкнуть водооборот, в несколько раз сократить потребление свежей воды, предотвратить выбросы токсичных веществ в атмосферу и стоки, упростить схему производства и регенерации варочных реагентов, исключив из технологической схемы процессы каустизации и регенерации извести, сократить промышленные площади и капитальные затраты на 20 - 30 %. Технология предусматривает комплексное многоцелевое использование древесного сырья, утилизацию отходов и побочных продуктов с получением ценных материалов и веществ (древесные и лигнополимерные композиты, пластмассы, фурфурол, левоглюкозан и др.).
Недостатками традиционных способов варки является вредное экологическое воздействие на окружающую среду, также эти способы
I fuu национальная!
І ВНБЛИОТЕМ 1
характеризуются невысоким выходом целлюлозы (менее 48%) и требуют дорогостоящего регенерационного оборудования (стоимостью до 30% от всего варочного оборудования. Использование органосольвентных варок с последующей бесхлорной отбелкой полученных волокнистых полуфабрикатов позволяет исключить выбросы токсических веществ, уменьшить сбросы сточных вод за счет использования замкнутого цикла водооборота, а также дает возможность получения целлюлозы с более высоким выходом, низкой зольностью и низким содержанием ионов металлов.
При своих преимуществах существующие органосольвентные способы получения целлюлозы имеют ряд недостатков, а именно наличие агрессивной реакционной среды и повышенное давление в реакторе, что влечет за собой предъявление особых требований к технологическому оборудованию.
Таким образом, проблема разработки экологически безопасных органосольвентных технологий производства целлюлозы является актуальной. При этом наиболее перспективными и экономически приемлемыми реагентами и сольвентами являются системы на основе этанола и уксусной кислоты, т.к. такие реагенты легко поддаются биоочистке, что обуславливает экологическую безопасность разрабатываемой технологии.
Работа выполнялась по планам ОАО «ВНИИЦБП» и при поддержке
Минпромнауки России в рамках Федеральной научно-технической
программы государственной поддержки уникальных научно-
исследовательских и экспериментальных установок России. Проект № 2-1.14: «Уникальная экспериментальная линия по производству беленого органосольвентного полуфабриката
Цель исследования. Основной целью диссертационной работы является исследование экологически безопасного способа делигнификации древесины и установление оптимальных технологических параметров получения беленых волокнистых полуфабрикатов и материалов на их основе
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Исследование физико-химических процессов делигнификации древесины
-
Отработка режимов получения органосольвентной целлюлозы из лиственной и хвойной древесины.
-
Отработка режимов получения лиственной и хвойной химико-термомеханической массы и полуцеллюлозы органосольвентным способом.
-
Исследование процесса отбелки волокнистых полуфабрикатов без использования хлорсодержащих реагентов.
-
Изучение процессов регенерации отработанного варочного раствора
-
Получение образцов бумаг на основе органосольвентных волокнистых полуфабрикатов и изучение их свойства.
-
Оптимизация способов получения лиственной целлюлозы и адаптация процесса органосольвентной делигнификации параметрам существующего оборудования целлюлозно-бумажной промышленности.
Научная новизна. Впервые изучено влияние различных физико-химических и технологических факторов на процесс переработки возобновляемого растительного сырья органосольвентным способом в системе этанол: вода : уксусная кислота для получения различных волокнистых полуфабрикатов (целлюлоза, химико-термомеханическая масса, полуцеллюлоза и др.) при котором используются достаточно простые и дешевые реагенты.
На впервые созданной экспериментальной технологической линии отработаны режимы получения органосольвентной делигнификации древесины хвойных и лиственных пород органическими растворителями (уксусная кислота, этанол, пероксид водорода и др.). По предложенному способу впервые получены различные виды волокнистого органосольвентного полуфабриката: целлюлозы, полуцеллюлозы, химико-термомеханической массы. Впервые определены варианты и схемы промывки органосольвентного волокнистого полуфабриката, в том числе органическими варочными реагентами, а также схемы отбелки органосольвентного волокнистого полуфабриката без применения хлорсодержащих реагентов. Впервые изучены процессы регенерации отработанного варочного раствора. На основе беленых экологически чистых органосольвентных полуфабрикатов впервые получены качественные образцы бумаг (в том числе печатных, типографских и др.).
По теме диссертации опубликовано: 5 печатных работ.
Практическая значимость: Результаты проведенных исследований могут быть использованы научно-исследовательскими институтами соответствующих специальностей, а также предприятиями, занимающиеся химической переработкой целлюлозы и древесины в качестве рекомендаций для подбора оптимальных условий органосольвентной делигнификации древесины в системе этиловый спирт - вода - уксусная кислота, как перспективного экологически безопасного способа получения целлюлозы.
Структура и объем диссертации:
Похожие диссертации на Исследование физико-химических процессов делигнификации древесины в системе этанол-вода-уксусная кислота и получение материалов на основе органосольвентных полуфабрикатов
