авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Получение целлюлозы окислительно-органосольвентным способом при переработке недревесного растительного сырья

-- [ Страница 2 ] --

Из рис. 3 видно, что процесс делигнификации для каждого вида сырья протекает по-разному. Самый высокий выход технической целлюлозы получается из соломы и шелухи риса при равной массовой доле лигнина. Для оценки скорости делигнификации использовали уравнение формальной кинетики. Скорость делигнификации удовлетворительно описывается уравнением реакции первого порядка. Константа скорости делигнификации для соломы и шелухи риса составляет 2,8·10-4, с-1 и 1,9·10-4, с-1, соответственно.

При делигнификации соломы овса в первый период варки наблюдается не только удаление лигнина, но и снижение выхода технической целлюлозы. На стадии остаточной делигнификации происходит только удаление лигнина без разрушения углеводной части. Константа скорости удаления лигнина при этом составляет 2,5·10-4, с-1. Это свидетельствует о высокой избирательности варочной композиции, что приводит к окислительной деструкции лигнина и переводит его в растворимое состояние.

Процесс делигнификации соломы и шелухи гречихи сопровождается разрушением углеводной части. Константы скорости удаления лигнина при этом для соломы и шелухи гречихи составляют 1,2·10-4, с-1 и 2,6·10-4, с-1, соответственно. Разная скорость удаления лигнина для соломы и шелухи объясняются различным морфологическим и анатомическим строением и локализацией лигнина в растительных тканях. Микроскопические исследования показали, что анатомические элементы соломы риса и овса мало отличаются друг от друга. Ткани растительного сырья состоят в основном из клеток прозенхимного характера, имеющих волокнистую структуру, разной длины и большого количества сосудов. Целлюлоза из соломы гречихи состоит из лубяных и паренхимных волокон, сетчатых, спиральных и кольцевых сосудов. Целлюлоза из рисовой шелухи содержит большое количество губковых волокон, которые после варки сохраняют свою первоначальную структуру и скреплены друг с другом, напоминая «пазл», а волокна целлюлозы из шелухи гречихи содержат клетки эпидермального и прозенхимного характера.

Для полученной технической целлюлозы определены прочностные и физико-химические характеристики. Прочностные характеристики целлюлозы оценивали после ее размола до 60 °ШР в мельнице ЦРА. Результаты размола технической целлюлозы представлены на рис. 4. Общая продолжительность размола целлюлозы из соломы до 60 °ШР составляет 5…8 минут, что значительно быстрее, чем продолжительность размола моносульфитной, натронной и содовой целлюлозы из аналогичного сырья.

 Зависимость степени помола от-4 Рис. 4. Зависимость степени помола от продолжительности размола – солома риса; – шелуха риса; – солома гречихи; – шелуха гречихи; – солома овса

Увеличение степени помола целлюлозосодержащего материала из шелухи происходит только за первые 5 мин. Дальнейший размол не приводит к увеличению степени помола. Это можно объяснить тем, что целлюлоза из шелухи состоит из коротких волокон и в данных условиях размола не фибриллируется. Так, длина волокон шелухи риса и гречихи составляет 0,1…1,0 мм и 0,1…0,2 мм, соответственно.

Прочностные характеристики недревесного растительного сырья при степени помола 60 0ШР и массе 1 м2 – 75±2 представлены в табл. 2.

Таблица 2

Прочностные характеристики целлюлозы при степени помола 60 ШР

Наименование показателя Техническая целлюлоза
из соломы риса из соломы гречихи из соломы овса сульфатная
Плотность г/см3 0,65 0,76 0,91 0,92
Разрывная длина, м 4200 10500 8500 9000
Абсолютное сопротивление раздиранию, мН 160 320 160 180
Предел прочности при растяжении, кгс/см2 30 80 80 -
Относительное сопротивление продавливанию, кПа 160 480 470 110
рН холодного экстрагирования водной вытяжки 6,7 6,9 6,9 5,5…7
Белизна, % 89,6 92,0 93,0 90,0

Прочностные характеристики целлюлозы из соломы гречихи и овса значительно выше, чем для целлюлозы из соломы риса. Они соответствуют по ряду показателей требованиям, предъявляемым к целлюлозе сульфатной беленой из лиственной древесины, что позволяет рекомендовать полученную целлюлозу в качестве композиции для производства различных видов бумаг.

Целлюлоза из соломы риса не обладает удовлетворительными прочностными свойствами, однако она характеризуется, как и целлюлоза из соломы гречихи высокими впитывающими и сорбционными свойствами (табл. 3).

Адсорбционную способность технической целлюлозы оценивали по наличию в ней карбоксильных групп, несвязанных водородными связями, которые являются основными центрами сорбции в целлюлозных материалах. Сорбционную способность оценивали по количеству йода, сорбированного образцом целлюлозы. Так как целлюлоза из шелухи состоит из коротких волокон, то отливки из нее обладают низкими прочностными характеристиками. Однако по своим впитывающим и сорбционным свойствам, а также по высокой способности к набуханию и водоудержанию целлюлоза, полученная из шелухи, превосходит целлюлозу из соломы, целлюлозу сульфитную беленую и хлопковую.

Таблица 3

Физико-химические показатели технической целлюлозы

Показатели Солома Шелуха Древесная
риса овса гречихи риса гречихи сульфитная хлопковая
Адсорбционная способность, мг/г 63,8 38,4 48,6 58,0 59,9 20,9 42,0
Сорбционная способность по йоду, % 37,9 20,7 37,7 64,2 62,3 41,5 45,0
Набухание в растворе17, 5 %NaOH 550 300 500 500 500 550 500
Водоудержание, % 220 220 150 280 250 220 250
Капиллярная впитываемость воды, мм 25,0 12,0 15,0 27,0 35,0 - -
Степень кристалличности, % 33,0 32,0 45,0 25,0 38,0 63,0 68,0
Впитываемость при одностороннем смачивании, г/м2 127 99 100 150 200 - -

Это обусловлено тем, что целлюлоза из шелухи риса содержит больше аморфных участков, что вероятно связано с морфологическим строением.

В период вегетации в клетках и особенно клеточных тканях соломины риса откладываются неорганические вещества, которые нарушают формирование упорядоченных участков в кристаллитах целлюлозы и приводят к снижению степени ее кристалличности. Большое количество аморфных областей способствует более легкому проникновению и удержанию жидкостей. Поэтому лучшей водоудерживающей способностью обладает техническая целлюлоза из шелухи риса.

Таким образом, высокие показатели поверхностной и капиллярной впитываемости, водоудержания, степени набухания целлюлозы из шелухи риса и гречихи и соломы риса позволяют рассматривать ее, как перспективное сырье для использования ее в фармацевтической и медицинской промышленности в качестве сорбентов.

Для получения технической целлюлозы по предложенному способу разработана принципиальная технологическая схема, при разработке которой учтена только стадия выделения диоксида кремния (рис. 5).

Производство целлюлозы условно делится на 5 стадий:

1. Подготовки сырья

На стадии подготовки осуществляется резка, промывка, обезвоживание соломы и подача в реактор щелочной обработки;

2. Приготовление варочной композиции

Окислительно – органосольвентные варки лигноуглеводного материала проводят композицией, содержащей перуксусную, уксусную кислоты, стабилизатор пероксидных соединений и воду. Равновесную концентрацию перуксусную кислоту получают путем смешивания ледяной уксусной кислоты с пероксидом водорода. Соотношение уксусной кислоты и пероксида водорода поддерживается равным 1,5:1. В качестве катализатора используют концентрированную серную кислоту. Рабочая концентрации равновесной перуксусной составляет 16…19 %, готовую кислоту хранят при пониженной температуре (3…4 0С).

3. Выделение диоксида кремния из соломы риса

Обработку проводят щелочным раствором концентрацией 40 г/л при температуре 90 0С, гидромодуле 1:10 в течение 60 мин. Водный щелочной раствор из реактора щелочной обработки и шнек-пресса поступает на выделение аморфного диоксида кремния.

4. Варка сырья окислительно-органосольвентным способом

Процесс варки ведут при температуре 90 °С без избыточного давления, при постоянном перемешивании в течение 1,5…2,0 ч.

5. Утилизация отработанного варочного раствора

Отработанный варочный раствор упаривают в выпарном аппарате до концентрации уксусной кислоты 60 %. Упаренный раствор направляется в гидравлические циклоны для отделения уксусной кислоты от взвешенных веществ (нулевое целлюлозное волокно и лигнин).

По результатам работы произведено технико-экономическое обоснование, позволяющие оценить экономическую целесообразность получения технической целлюлозы из недревесного растительного сырья по предлагаемой технологии с учетом реализации сопутствующих компонентов.

 Принципиальная схема получения-5Рис. 5. Принципиальная схема получения целлюлозы из соломы риса

окислительно-органосольвентным способом

1 – бункер рисовой соломы; 2 – соломорезка; 3 – отпыловочная камера;

4 – циклон; 5 – гидроразбиватель; 6 – обезвоживающий барабан;

7 – шнековый пресс; 8 – бункер подготовленной соломы;

9 – шнековый питатель;10 – бак уксусной кислоты; 11 – бак пероксида водорода; 12 – бак серной кислоты;13 – бак свежей перуксусной кислоты;

14 – бак равновесной концентрации перуксусной кислоты; 15 – бак стабилизатора; 16 – бак варочной композиции; 17 – бак щелочи; 18 – реактор щелочной обработки; 19 – варочный реактор; 20 – бак отработанного варочного раствора; 21 – выпарной аппарат; 22 – гидравлический циклон

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Изучен процесс получения целлюлозы их отходов однолетних растений окислительно-органосольвентным способом композицией на основе перуксусной кислоты;

2. Установлено, что в композиции роль делигнифицирующего реагента выполняет перуксусная кислота, а сам процесс делигнификации описывается уравнением реакции первого порядка;

3. Скорость делигнификации соломы и шелухи зависит от анатомического и морфологического строения исходного сырья. Вследствие анатомического строения и химического состава для получения волокнистого полуфабриката наиболее пригодна солома овса – на ее делигнификацию расходуется минимальное количество варочной композиции – 0,3…0,5 г/г (в пересчете на перуксусную кислоту);

4. Для сомы и шелухи риса расход варочной композиции составляет 0,4 и 0,8 г/г соответственно, соломы и шелухи гречихи – 0,8 г/г. Экономическая целесообразность получения волокнистых полуфабрикатов из этого сырья очевидна при глубокой переработке отходов и получении диоксида кремния и красителей;

5. Разработан универсальный способ получения технической целлюлозы при переработке отходов на основе перуксусной кислоты. Эффективность использования варочной композиции можно увеличить за счет использования комплексонообразующих агентов из ряда органофосфонатов;

6. С учетом физико-механических и физико-химических свойств полученных продуктов предложено использовать волокнистый полуфабрикат из соломы овса и гречихи в композиции бумаги и картона, полуфабрикаты из риса и гречихи для получения сорбентов и изделий санитарно-гигиенического назначения;

7. Технико-экономические расчеты показывают, что рентабельность продукции из исследуемого сырья в порядке увеличения можно расположить в следующем ряду: шелуха риса – 7,5 % < солома риса – 9,3 % < солома гречихи – 12,0 % < шелуха гречихи – 13 % < солома овса – 15,8 %.

Основные результаты диссертации изложены в публикациях:

  1. Галимова (Минакова), А.Р. Получение целлюлозного материала при комплексной переработке рисовой соломы и шелухи [Текст]: Энерго- и ресурсосбережение, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых / А.Р. Галимова (Минакова), Е.М. Плотникова, А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер. – Екатеринбург, 2005. – С. 231-233.
  2. Вураско, А.В. Комплексная технология получения целлюлозных материалов из недревесного растительного сырья [Текст]: 9 международная научн.-техн. конференция PAP-FOR «Актуальные проблемы и перспективы развития российской целлюлозно-бумажной промышленности» / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, Е.А. Мозырева, А.Р. Галимова (Минакова). – СПб, Россия, 20-21 ноября 2006. – С. 13-14.
  3. Вураско, А.В. Получение целлюлозных материалов при комплексной переработке отходов сельскохозяйственных культур [Текст]: IV Всероссийская научн. конф. «Химия и технология растительных веществ» / А.В. Вураско, А.Р. Галимова (Минакова), Б.Н. Дрикер, Е.А. Мозырева. – Сыктывкар, 25-30 июня 2006 г. – С. 334.
  4. Вураско, А.В. Получение целлюлозы окислительно - органосольвентным способом при комплексной переработке однолетних растений [Текст]: Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья. Материалы III Всероссийской научной конференции Книга I / А.В. Вураско, А.Р. Галимова (Минакова), Б.Н. Дрикер. – Барнаул, 2007. – С. 20-24.
  5. Тихонова, Е.В. Ресурсосберегающая комплексная переработка соломы с целью получения продуктов народнохозяйственного назначения [Текст]: Энерго- и ресурсосбережение, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Сборник материалов Всероссийской Студенческой олимпиады, научно-практической выставки, студентов, аспирантов и молодых ученых / Е.В. Тихонова, А.Р. Галимова (Минакова), А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер. – Екатеринбург, 2006. – С. 389-391.
  6. Вураско, А.В. Переработка отходов гречишного производства с целью получения целлюлозного материала [Текст]: Сборник научных трудов, 4-й международный симпозиум Химия и химическое образование. Инновационный образовательный проект ДВГ / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, Л.А. Земнухова, А.Р. Галимова (Минакова), Е.Д. Шкорина. – Владивосток, 2007. – С. 186-188.
  7. Вураско, А.В. Новые материалы медицинского назначения [Текст]: Материалы конференции «Фармация и общественное здоровье» / А.В. вураско, Б.Н. Дрикер, А.Р. Галимова (Минакова), А.М. Полухина. – Екатеринбург, 2008. – С. 58.
  8. Вураско, А.В. Ресурсосберегающая технология получения целлюлозного материала при комплексной переработке сельскохозяйственных культур [Текст] / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, Е.А. Мозырева, А.Р. Галимова (Минакова), Н.Н. Гулемина, Л.А. Земнухова // Журнал Химия растительного сырья, 2006. – № 4. – С. 5-10.
  9. Вураско, А.В. Ресурсосберегающая технология получения целлюлозы при комплексной переработке соломы риса [Текст] / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, Л.А. Земнухова, А.Р. Галимова (Минакова) // Журнал Химия растительного сырья, 2007. – №2. – С. 21-25.
  10. Галимова (Минакова), А.Р. Получение волокнистых полуфабрикатов при комплексной переработке соломы риса [Текст] / А.Р. Галимова (Минакова), А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, Л.А. Земнухова, Г.А. Федорищева // Журнал Химия растительного сырья, 2007. – №3. – С. 47-53.
  11. Вураско, А.В. Ресурсосберегающая переработка недревесного растительного сырья [Текст] / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, А.Р. Галимова (Минакова) // Лесной вестник, 2007. – № 8. – С. 137-140.
  12. Вураско, А.В. Ресурсосберегающая технология получения целлюлозы при переработке отходов сельскохозяйственных культур [Текст] / А.В. Вураско, А.Р. Галимова (Минакова), Б.Н. Дрикер // Целлюлоза. Бумага. Картон, 2007. – № 1. – С. 16-19.
  13. Вураско, А.В. Получение и свойства окислительно-органосольвентной целлюлозы из недревесного растительного сырья [Текст] / А.В. Вураско, А.Р. Галимова (Минакова), Б.Н. Дрикер // Лесной вестник, 2008. – № 3. – С. 145-149.
  14. Пат. 2312946 Российская Федерация, МПК D21 С/02 Способ получения целлюлозы [Текст] / Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Земнухова Л.А., Мозырева Е.А., Галимова (Минакова) А.Р., Плотникова Е.М.; заявл. 31.03.2006; опубл. 20.12.2007.
  15. Пат. 2312945 Российская Федерация, МПК D21 С/02 Способ получения целлюлозы [Текст] / Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Земнухова Л.А., Мозырева Е.А., Галимова (Минакова) А.Р., Вураско В.А.; заявл. 31.03.2006; опубл. 20.12.2007. 
  16. Пат. 2321696 Российская Федерация, МПК D21 С/02 Способ получения целлюлозы [Текст] / Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Мозырева Е.А., Галимова (Минакова) А.Р.; заявл. 11.08.2006; опубл. 10.04. 2008, Бюл. № 10.
  17. Вураско А.В., Галимова (Минакова) А.Р., Дрикер Б.Н., Жвирблите А.К. Получение целлюлозы окислительно-органосольвентным способом [Текст] / Методические указания к лабораторным, курсовым и дипломным работам по курсу «Основы химической технологии и переработки древесины» для студентов IV-V курсов всех форм обучения инженерно-экологического факультета по специальности 240406 «Технология химической переработки древесины», Екатеринбург, 2008, С. 24.

Подписано в печать 28.10.08. Объем 1,0 п.л. Заказ 418. Тираж 100.

620100 г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37.

Уральский государственный лесотехнический университет.

Отдел оперативной полиграфии.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.