Введение к работе
Актуальность темы исследования обусловлена отсутствием теоретической базы, позволяющей обоснованно определять выбор реагентов и условий воздействия на активированное древесное сырье в условиях делигнификации.
Работа выполнялась в рамках НИОКР по государственному контракту с ФСР МФП НТС № 8361р/10244 по теме «Разработка, создание и освоение новых технологий в различных отраслях народного хозяйства», а также в рамках реализации Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 гг.» в ходе выполнения государственного контракта № 16.525.11.5008 по теме: «Создание технологии и опытной установки комплексной переработки отходов лесной промышленности с получением теплоизоляционного материала».
Степень разработанности темы.
Большой вклад в развитие современных представлений за рубежом об
активации древесины паровзрывной обработкой сделали Богуслав Кокта и Вит, Е.
А. Де Лонг совместно с сотрудниками ВНИИб, Асплунд и колл., Гароте и др..
Гравитис, В.А. Бабкин, Р. Тээйяр, У. Каллавус, Б. Андерсонс, А. Кокоревич, П.
Эриньш, а также Арвидсон и др. показали, что при условиях взрывного
автогидролиза на поверхности целлюлозных волокон образуются сферические
фрагменты, являющиеся следствием разрыва лигниновой сетки в общей
структурной матрице лигноуглеводного комплекса, что означает ослабление связей между компонентами древесины.
Экспериментальных данных о применении метода паровзрывной обработки как предварительной стадии перед делигнификацией имеется крайне мало. Изучением влияния водного и парового предгидролиза на процесс последующей делигнификации занимались Л. Дуглас, Х. Шредер, Г. С. Косая, Н. А. Розенбергер.
Вопросами делигнификации и деструкции компонентов лигноцеллюлозных
материалов занимались, а также вопросами бумагообразующих свойств
целлюлозных волокон занимались Н. Н. Непенин, В. И. Шарков, Б. Н. Кузнецов, М. И. Чудаков, М. С. Дудкин, В. А. Демин, Н. Байклз, Р. З. Пен, А.В. Вураско, Ф. Х. Хакимова, И. П. Дейнеко, В.К. Дубовый, А.С. Смолин, Д.А. Пономарев.
Цель работы состоит в разработке технологии делигнификации
активированной древесины, разработке методов расчета и аппаратурном оформлении данного процесса.
В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи исследования:
-
Идентифицирование физической картины процессов, протекающих на всех стадиях делигнификации активированной древесины.
-
Разработка экспериментального стенда для исследования процесса делигнификации активированной древесины и проверка адекватности математической модели изучаемого процесса.
-
Разработка инженерной методики расчета технологического оборудования для проведения процесса.
-
Разработка аппаратурного оформления предлагаемого способа делигнификации.
-
Экономическая и рыночная оценка предлагаемого способа.
-
Промышленная реализация результатов теоретических и экспериментальных исследований и конструкторских разработок.
Научная новизна.
Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на эффективную организацию процесса делигнификации активированной древесины:
разработана математическая модель процессов, сопровождающих
делигнификацию активированной древесины;
установлено влияние температуры и продолжительности паровзрывной обработки древесины на число Каппа и вязкость растворов целлюлозы, полученной при делигнификации активированного сырья;
определены константы скорости делигнификации активированной древесины;
установлена зависимость скорости диффузионной пропитки от удельной поверхности активированного материала;
установлены закономерности изменения компонентного состава активированной древесины в процессе делигнификации.
Теоретическая и практическая значимость.
Разработанная математическая модель может быть использована при технологических расчетах процесса делигнификации активированной древесины.
Экспериментально доказана эффективность паровзрывной активации
древесины, подвергающейся последующей делигнификации с целью получения целлюлозы.
На базе полученных аналитических решений разработана инженерная
методика расчета процесса делигнификации активированной древесины,
позволяющая выработать рекомендации по выбору рациональных режимных
параметров процесса получения целлюлозы с целью интенсификации и снижения
себестоимости процесса, а также выявить конструктивные особенности
аппаратурного оформления при внедрении процесса в комплексы более высокого порядка.
Разработаны и внедрены в производство новые конструкции оборудования и технологические рекомендации, направленные на получение целевых продуктов с улучшенными качествами.
Достоверность полученных результатов определяется сопоставимостью их с основными положениями теории в химии и технологии делигнификации, а также комплексным подходом с привлечением современных физико-химических методов исследования и испытаний.
Реализация работы.
Результаты проведенных в работе исследований реализованы при создании опытно-промышленного образца установки для делигнификации активированной древесины, внедренной на ООО «Политехнологии».
На ООО «Научно-технический центр по разработке технологии и оборудования» (ООО «НТЦ РТО») внедрена инженерная методика расчета технологического оборудования для делигнификации активированной древесины.
Созданные экспериментальные установки для исследования кинетики делигнификации активированной древесины, внедрены в учебный процесс в рамках курсов «Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств», «Основы научных исследований».
Личный вклад автора.
Автором была поставлена задача исследования, разработана математическая
модель, созданы экспериментальные установки, проведены экспериментальные
исследования и математическое моделирование. Автором была разработана
инженерная методика расчета технологического оборудования, создан опытно-
промышленный образец установки для делигнификации активированной
древесины, разработан способ получения сульфатной целлюлозы (Пат. РФ
№2437972).
На защиту выносятся:
-
Способ делигнификации активированной древесины.
-
Математическая модель процессов, сопровождающих делигнификацию активированной древесины.
-
Конструкция экспериментальных стендов.
-
Результаты экспериментальных исследований и их сравнения с расчетами по математической модели делигнификации активированной древесины.
-
Технические решения на уровне изобретений способа получения сульфатной целлюлозы.
-
Методика расчета технологического оборудования, решения по созданию опытно-промышленного образца установки для делигнификации активированной древесины.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях: «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2011), «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельского хозяйства» (Краснодар, 2015), «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика» (Воронеж, 2014), «Техника и технологии – мост в будущее» (Воронеж, 2014), «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе» (Москва, 2015), а также на научных сессиях КНИТУ (Казань, 2012-2015).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5 статей в журнале, рекомендованном ВАК, 1 патент на изобретение РФ №2437972.
Объем и структура работы.