CC BY
12
УДК 691.17, 674.04, 615.45
Р. А. Газизов, И. А. Валеев
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ СОРБЕНТА МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ключевые слова: древесные отходы, древесный уголь, активированный уголь, сорбенты, активный уголь, энтеросорбенты,
сорбенты медицинского назначения.
В результате проведенных исследований были выявлены зависимости коэффициента термохимической усадки в продольном и поперечном направлении. Кроме того, были выявлены поля температуры и доли прореагировавшей древесины внутри материала. Использование полученных данных позволит значительно оптимизировать процесс получения сырья для производства сорбентов медицинского назначения.
Keywords: wood waste, charcoal, absorbent carbon, sorbents, active coal, enterosorbents, sorbents of medical appointment.
As a result of the conducted researches dependences of coefficient of thermochemical shrinkage in the longitudinal and transversal direction were taped. Besides, fields of temperature and a share of the reacted wood in material were taped. Use of the obtained data will allow to optimize considerably process of receiving raw materials for production of sorbents of medical appointment.
Ухудшение экологической обстановки ставит важные задачи перед решением проблемы получения и поиска новых сорбентов, так же как и разработку новых сорбционных технологий и является актуальной.
Пристальное внимание оказывается
многотоннажным производствам, таким как, например, лесоперерабатывающая и
лесохимическая промышленности. Это объясняется несколькими основными причинами. Технологии этих производств вырабатывают значительное количество отходов.
При таком потенциале на базе данных предприятий должна развиваться промышленность с разнообразными и эффективными способами переработки отходов в широкий спектр товаров и материалов. Представляет интерес, с этой точки зрения, переработка отходов в активированные угли или углеродные сорбенты, имеющие первоочередное значение для систем очистки воды и медицинского применения. Актуальность этой задачи не вызывает сомнений, поскольку постоянно звучит как важнейшая экологическая проблема.
Развитие практики применения углеродных сорбентов (УС) является одним из серьезных факторов улучшения экономической и экологической стабильности ряда предприятий, медицинской промышленности, машиностроения, сельского хозяйства и целых регионов, насыщенных промышленными предприятиями. Области использования углеродных сорбентов
распространились от первых успешных применений в противогазовой технике и извлечении благородных металлов практически на все основные отрасли промышленности. Наиболее широко углеродные сорбенты используются в медицинской и химической промышленности. Благодаря высокой стойкости к агрессивным средам и воздействиям температуры они выдерживают длительные сроки эксплуатации, включая их регенерацию и повторное использование. Жесткая система пор делает углеродные материалы незаменимыми
молекулярными ситами множества диафрагменных
и мембранных процессов разделения сложных смесей как в газовой, так и в жидкой фазах. Способность углеродных материалов сорбировать токсичные для человека и природы соединения необыкновенно расширили их области использования в экологических целях для очистки промышленных стоков и газовых выбросов, для очистки пищевых продуктов и, наконец, для очистки организма и крови в процессах энтеро- и гемосорбции. Новые границы открываются в связи с расширением применения углеродных сорбентов в сельском хозяйстве для обеззараживания почв и лечения животных.
Актуальность проблемы не снизилась даже при экономическом спаде; напротив, в решении экологических проблем роль углеродных сорбентов многократно возросла. Расширение областей применения сорбентов сдерживается, кроме проблем экономического характера, отсутствием достаточно широкого их ассортимента как по ценам, так и по качеству.
Исследование параметров технологических процессов при производстве древесного угля позволит получать исходное сырье с наименьшими энергозатратами при стабильно высоком качестве производимого древесного угля.
В ходе проведенных исследований были определены зависимости коэффициента
термохимической усадки образца в продольном и поперечном направлении от различных факторов процесса. Значение коэффициента термохимической усадки определяется выражением где Lк -
усадка в продольном, Lн - усадка в поперечном направлениях. На рис. 1 представлены экспериментальные зависимости коэффициента термохимической усадки, в продольном и поперечном направлении, от температуры среды, которые показывают увеличение усадки в продольном и поперечном разрезе при повышении температуры среды. Также следует отметить, что в поперечном направлении усадка больше, чем в продольном направлении.
1,1 1,05
0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7
* •
■ а
1 1 • • 1
• попе зек ЮЛОК он
■ вдоль волокон
температуры по сечению образца в процессе пиролиза.
100 150 200 250 300 350 400 450 Voo
Рис. 1 - Зависимость коэффициента термохимической усадки от температуры среды в поперечном и продольном направлениях
Давление среды также оказывает влияние на коэффициент термохимической усадки
пиролизуемого образца. На рис. 2 представлены экспериментальные кривые изменения
коэффициента термохимической усадки в зависимости от давления среды для продольного и поперечного направлений, которые показывают снижение значения s при понижении давления среды. Также следует отметить, что в поперечном направлении усадка больше, чем в продольном направлении.
*
• < * ■
■ "
_ ■ 1 - ■ ■
■1 1 ■
■ поперек волокон ♦ вдоль волокон
—————
°0,Э 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8 0,78 0,76 0,74 0,72
0,7 Н--1-!-1-!-1-Па10а
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Рис. 2 - Зависимость коэффициента термохимической усадки от давления среды в поперечном и продольном направлениях
Математическое моделирование позволило более подробно изучить динамику процесса пиролиза.
Изображённые на рисунках 3 и 4 поля температуры и доли прореагировавшей древесины показывают расчётное пространственно-временное распределение значений температуры и доли прореагировавшей древесины в процессе пиролиза. Представленные данные показывают, что с течением времени фронт выделения летучих компонентов продвигается с поверхности внутрь материала. Анализ полей температуры и доли прореагировавшей древесины, позволил получить распределения доли прореагировавшей древесины и
Рис. 3 - Изменение температурного поля по сечению образца, в зависимости от продолжительности и температуры процесса пиролиза
Рис. 4 - Изменение доли прореагировавшей древесины по сечению образца, в зависимости от продолжительности и температуры процесса пиролиза
Исследования позволили определить влияние давления и температуры среды, размера, плотности и влажности образца на выход конечных продуктов и продолжительность процесса пиролиза.
В результате проведенных опытов получены данные, на основе которых возможно определение оптимальных параметров процесса пиролиза для его интенсификации, в целях снижения экономических затрат при производстве сырья для сорбентов медицинского назначения.
Литература
1. Валеев И. А, Термическая утилизация отходов предприятий деревообрабатывающей отрасли / Валеев И.А., Сафин Р.Г., Грачёв А.Н., Кайнов П.А., Башкиров В.Н.// Лесной вестник, №4.-2008.-стр. 71-76.
2. А. Э. Прикшане, Хелатообразующие сорбенты на целлюлозе [Текст] : автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. хим. наук: 05.17.05 / А. Э. Прикшане.// - Рига, 1990. - 19 с.: ил. В надзаг.: Риж. техн. ун-т. Библиогр.: с. 18-19 (9 назв.)
3. Р. Н. Калинина, Модифицированные сорбенты для регенерационных систем водообеспечения и исследование их структуры [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.26.02 / Р. Н. Калинина.// - М., 1998. - 22 с. : ил. Библиогр.:с. 21-22(17 назв.)
4. И.А. Валеев, Термохимическая переработка древесины методом быстрого пиролиза./ Грачев А.Н., Валеев И. А., Сафин Р.Г., Халитов Д. А. Николаев А.Н., Петров В.И.// Деревообрабатывающая промышленность. Москва. -2009. - № 3. - С. 21-24.
5. Р.Р. Хасаншин, Предварительная термическая обработка древесного наполнителя в производстве ДПКМ / Р. Р. Хасаншин, Р. В. Данилова // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 7. - С. 62-63.
6. Клёсов А. Древесно-полимерные композиты. -СПб.: Научные основы и технологии, 2010. 736 с.
7. Э. В. Сахабиева, Эпоксидные связующие для слоистых электроизоляционных материалов / Э.В. Сахабиева // Вестник КГТУ. - 2012.- Т.15, №19.- С.74-75.
8. Природные сорбенты в процессах очистки воды / Ю.И. Тарасевич // Киев: Наукова Думка, 1981.- 206с
9. Композиционные материалы. Разрушение и усталость./Под ред. Л. Бра-утмана. -М.:Мир, 1978 483с.
10. В.В. Вольхин, Неорганические сорбенты / В. В. Вольхин, Ю.В. Егоров, Ф.А. Белинская и др. в сб. Ионный обмен - М.: Наука, 1981. С.25-44
11. Н.Р. Галяветдинов, Оценка влияния термической обработки древесного наполнителя на эксплуатационные свойства цементно-стружечной плиты./ Галяветдинов Н.Р., Валиев Ф.Г., Хасаншин Р.Р./ Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 10. С. 85-87.
12. И.А. Валеев, Математическое моделирование процесса пиролиза древесины при регулировании давления среды. /Валеев И.А./ Деревообрабатывающая промышленность. 2012. № 3. С. 41-46.
13. И.Н. Мусин, Влияние наполнителей и технологических добавок на реологические свойства древесно - полимерных композитов / И.З. Файзуллин, И.В. Имамутдинов, В.Я. Хамидов, И.Н. Мусин, С.И. Вольфсон// Вестник Казанского технологического университета. - 2013г. Т.16 №10, С. 148-150
14. И.Н. Мусин, Влияние размера частиц наполнителя на свойства древесно-полимерных композитов»/ И.Н. Мусин, И.З. Файзуллин, С.И. Вольфсон// Вестник Казанского технологического университета.- 2013. Т.16 №5, С. 106-109
15. Модифицированные древесно-полимерные композиты / Вольфсон С.И, Мусин И.Н., И.З. Файзуллин, Лыгина Т.З. , Трофимова Ф.А.// Журнал «Пластические массы», г. Москва, 2014 г., № 1-2. с. 41-44.
16. Д.В. Тунцев, Технологическая схема подготовки жидких продуктов пиролиза древесных отходов к газификации / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Р.Г. Хисматов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - № 21. - С. 258-260.
17. Д.В. Тунцев, Установка для газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесных отходов / Д.В. Тунцев, Р.А. Халитов, М.К. Герасимов, А.М. Касимов // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - № 1. - С. 91-93.
© Р. А. Газизов, доц. каф. ТОМЛП КНИТУ, [email protected]; И. А. Валеев, доц. той же кафедры.
© R. A. Gazizov, Associate Professor of the Department of TOMLP, KNRTU, [email protected]; I. A. Valeev, Associate Professor of the Department of TOMLP, KNRTU.
