CC BY
47
УДК 674.04, 676.16, 615.45
И. А. Валеев, Р. А. Газизов
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СЫРЬЯ ДЛЯ СОРБЕНТА МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ключевые слова: древесные отходы, древесный уголь, активированный уголь, сорбенты, активный уголь, энтеросорбенты,
сорбенты медицинского назначения.
Анализ кинетических кривых температуры массы и результатов моделирования при различных значениях температуры среды, позволил выявить характер зависимостей продолжительности процесса пиролиза и выхода угля от температуры среды. В ходе исследований было определено влияние давления, температуры среды, размера, плотности и влажности образца на продолжительность процесса пиролиза и выход конечных продуктов. Из всего выше изложенного можно сделать определенные выводы которые следует учитывает при производстве сырья для производства активных углей и использовать определение параметры для интенсификации процесса и снижения экономических затрат при производстве сырья для производства сорбентов медицинского назначения.
Keywords: waste wood, charcoal, activated carbon sorbents, activated carbon, chelators, sorbents for medical purposes.
Analysis of the kinetic curves of temperature and mass simulation results for different values of the ambient temperature, revealed the nature of dependency and duration of the pyrolysis of coal output from the temperature of the medium. Studies have determined the effect of pressure, temperature, medium size, density and humidity of the sample for the duration of the pyrolysis and yield of the final products. From all the above, we can make some conclusions that should be considered in the production of raw materials for the production of activated carbons and use the definition of the parameters for the intensification of the process and reduce the economic costs in the production of raw materials for production of sorbents for medical purposes.
В связи с ухудшающейся экологической ситуацией проблема получения и поиска новых сорбентов, так же как и разработка новых сорбционных технологий, является актуальной. Особый интерес представляют многотоннажные производства, такие как, например, лесоперерабатывающая и лесохимическая промышленности. Этот факт объясняется несколькими причинами. С одной стороны, технологии этих производств вырабатывают значительное количество отходов. С другой - древесина и ее компоненты, являются сырьем для получения сорбентов, причем уникальным природным сорбентом является древесный активированный уголь.
Активный (активированный) уголь представляет собой пористый углеродный адсорбент с развитой внутренней поверхностью, состоящей из открытых пор и капиллярных каналов. В одном грамме активированного угля эта поверхность может достигать 1000 м2.
Сущность действия такого материала состоит в адсорбции жидких и газообразных веществ на поверхности. Разные адсорбенты избирательно удерживают различные вещества, и поэтому возможны такие процессы, как разделение смесей компонентов, улавливание примесей, концентрирование отдельных компонентов из слабых растворов. Активные угли получают из разнообразного углерод-содержащего сырья.
Мировое производство пористых углеродных материалов приближается к одному миллиону тонн в год. Активные угли получают из разнообразного углеродсодержащего сырья. Из древесины производится углеродных сорбентов около 36 %, из каменных углей — 28 %, из бурых углей — 14 %, из торфа — 10 %, из скорлупы кокосовых орехов — около 10 %.
Широкое применение активированный уголь нашел в медицинской промышленности. Он используется для очистки лекарственных препаратов. Таких веществ, как кофеин, хинин, инсулин, применяемых в фармацевтической промышленности, очищают обработкой активным углем. Ряд других органических веществ, получаемых с помощью ферментов, в частности антибиотики, необходимо также очищать с помощью активного угля. В качестве энтеросорбенттов. Древесный активный уголь (карболен и др.), а в последние годы и продукты карбонизации целлюлозы широко используются в медицине в качестве энтеросорбентов, — препаратов, связывающих и выводящих из желудочно-кишечного тракта токсины. Поскольку углеродные сорбенты выводят из организма токсины и яды различной природы, энтеросорбция используется для лечения острых и хронических заболеваний, сопровождающихся токсикозами, нарушениями пищеварения, иммунного статуса, метаболизма липидов, желчных кислот и других видов обмена. Кроме этого активные угли применяются в аппаратах для проведения гемосорбции.
В качестве медицинских сорбентов наиболее приемлемы углеродные материалы высокой чистоты. Поэтому технология углеродных адсорбентов особой чистоты обязательно включает в себя процесс деминерализации.
Одним из лучших видов, учитывая экономический аспект и натуральность используемого сырья для производства активированного угля, является выжженный древесный уголь из различных пород древесины.
Исследование параметров технологических процессов при производстве древесного угля позволит получать исходное сырье с наименьшими энергозатратами при стабильно высоком качестве
производимого древесного угля. В результате произведенного моделирования процесса и экспериментов удалось выявить ряд четких зависимостей выхода сырья от воздействующих технологических параметров.
На графиках приведенных ниже представлены результаты экспериментальных исследований и полученные математическим моделированием в идентичных условиях, графические зависимости (рис. 1-6), на которых сплошными линиями изображены данные, полученные расчетным путем, точками - экспериментальные значения.
На рис. 1. представлены кинетические кривые температуры и массы при различных значениях температуры среды.
т,
, /т„
Т,"С
О
10
20 30 40 50
60,
Т, >11111
Рис. 1. Кинетические кривые температуры и массы при различных значениях температуры среды
Анализ кинетических кривых температуры массы и результатов моделирования при различных значениях температуры среды, представленных на рис. 2, позволил выявить характер зависимостей продолжительности процесса пиролиза (кривая 1) и выхода угля от температуры среды (кривая 2). Графики показывают, что с увеличением температуры среды снижается продолжительность процесса и выход угля.
На рис. 3. представлена зависимость продолжительности процесса пиролиза и выхода древесного угля от давления среды.
Данная зависимость показывает, что с повышением давления среды продолжительность процесса пиролиза уменьшается, а выход угля возрастает. Представленная на рис. 4. зависимость продолжительности процесса пиролиза и выхода угля от плотности древесины показывает, что с увеличением плотности продолжительность процесса возрастает, а выход угля увеличивается.
В ходе исследований было определено влияние давления, температуры среды, размера, плотности и влажности образца на продолжительность процесса пиролиза и выход конечных продуктов.
Из всего выше изложенного можно сделать определенные выводы которые следует учитывает при производстве сырья для производства активных углей и использовать определенные пара-
метры для интенсификации процесса и снижения экономических затрат при производстве сырья для сорбентов медицинского назначения.
т, мин 40-
353025" 20"
15105 ■
0
1
т„ /т.„ ■0,45
■ 0,4 ■0,35 ■0,3
■ 0,25 ■0,2 ■0,1 ■0,05
0
100 200 300 400 500 й00Т,"С
Рис. 2 Зависимость продолжительности пиролиза (кривая 1) и выхода древесного угля (кривая 2) в зависимости от температуры среды
Т. \IKIt
3«
15 ■
20-
15-
(0
V
\ 1 1 А 1
\ ■ >
/ ч
111 „п„ /ш„, '0,35
1 0,3
■0,25
■0,15
■ 0.115 -0
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,1 1,2 1,3 1,4 Р, Па'И)5
Рис. 3 - Зависимость продолжительности пиролиза (кривая 1) и выхода древесного угля (кривая 2) в зависимости от давления среды
/га, 0,35-
оз-
0,25" 0,20,15* 0.1'
0,115-
о-
¿Я
у*
т, мин 29
■25 ■2! ■16
400
500
600
700 I» КГ/м3
Рис. 4 - Зависимость продолжительности пиролиза (кривая 1) и выхода древесного угля (кривая 2) от плотности древесины
Литература
1. Валеев И. А, Термическая утилизация отходов предприятий деревообрабатывающей отрасли / Валеев И.А., Са-фин Р.Г., Грачёв А.Н., Кайнов П.А., Башкиров В.Н.// Лестной 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 ре-генерационных 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 государственного технологического университета. Казань. -2012. - № 7. - С. 62-63.
6. Р.Р. Хасаншин, Повышение эксплуатационных характеристик композиционных материалов, созданных на основе термически модифицированной древесины / Р. Р. Хасаншин, Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. - 2012. - № 7. - С. 64-66.
7. Клёсов А. Древесно-полимерные композиты.-СПб.:Научные основы и технологии, 2010. 736 с.
8. Э.В. Сахабиева, Эпоксидные связующие для слоистых электроизоляционных материалов / Э.В. Сахабиева // Вестник КГТУ. - 2012.- Т.15, №19.- С.74-75.
9. Природные сорбенты в процессах очистки воды / Ю.И. Тарасевич // Киев: Наукова Думка, 1981.- 206с
10. Композиционные материалы. Разрушение и уста-лость./Под ред. Л. Бра-утмана. -М.:Мир, 1978 483с.
11. Галяветдинов Н.Р., Усовершенствование технологии изготовления древесно-наполненых композиционных материалов на основе цементных вяжущих. Галяветди-нов Н.Р., Лашков В.А., Николаев А.Н. Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 20. С. 112-115.
12. В.В. Вольхин, Неорганические сорбенты / В.В. Воль-хин, Ю.В. Егоров, Ф.А. Белинская и др. в сб. Ионный обмен - М.: Наука, 1981. С.25-44
13. 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.
14. И.А. Валеев, Математическое моделирование процесса пиролиза древесины при регулировании давления среды. /Валеев И.А./ Деревообрабатывающая промышленность. 2012. № 3. С. 41-46.
15. И.Н. Мусин, Влияние наполнителей и технологических добавок на реологические свойства древесно - полимерных композитов / И.З. Файзуллин, И.В. Имамут-динов, В.Я. Хамидов, И.Н. Мусин, С.И. Вольфсон// Вестник Казанского технологического университета, Казань, КНИТУ - 2013г. Т.16 №10, с. 148-150
16. 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, Казань, КНИТУ -2013г. Т.16 №5, с. 106-109
17. 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.
18. И.Н. Мусин, Модификация древеснополимерных композитов на основе полиолефинов монтмориллонитом / И.Н. Мусин, И.З. Файзуллин, С.И. Вольфсон // Вестник Казанского технологического университета, Казань, КНИТУ - 2012 - № 14, с. 135-138.
19. И.Н. Мусин, Влияние добавок на свойства древесно -полимерных композитов / И.Н. Мусин, И.З. Файзуллин, С.И. Вольфсон // Вестник Казанского технологического университета, Казань, КНИТУ - 2012 г, Т. 15 № 24, с. 97-99.
20. Д.В. Тунцев, Технологическая схема подготовки жидких продуктов пиролиза древесных отходов к газификации / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Р.Г. Хис-матов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - № 21. -С. 258-260.
21. Д.В. Тунцев, Технологическая схема газификации жидкого продукта контактного пиролиза / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Р.Г. Хисматов, З.Г. Саттаро-ва // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - № 19. - С. 139-141.
22. 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.
© И. А. Валеев - доц. каф. ТОМЛП КНИТУ, [email protected]; Р. А. Газизов - доц. той же кафедры, [email protected].
© 1 A. Valeev - Associate Professor of the Department of TOMLPKNRTU, [email protected]; R.A. Gazizov - Associate Professor of the Department of TOMLPKNRTU, [email protected].
