Эквивалентный диаметр частиц

ОГЛАВЛЕНИЕ

			ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                                 3

Глава I. Литературный обзор                                                                                    5

1.1. Отходы. Физико-механические свойства отходов                                                      5

1.1.1 Влажность древесных отходов                                                                                    7

1.1.2 Эквивалентный диаметр частиц                                                                                  7

1.1.3Пирофорные свойства                                                                                                    8

1.1.4 Транспортирование щепы и сыпучих отходов                                                           9

1.2. Классификация древесных отходов                                                                             10

1.3. Состав отходов древесного сырья и некоторые свойства их компонентов             12

1.4. Использование древесных отходов в качестве энергии                                             14

1.5. Переработка древесины в химической промышленности                                         16

1.6. Производство биотоплива. Классификация биотоплива                                           18

1.6.1. Этапы процесса производства биотоплив                                                                19

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ                                                                    21

2.1. Реактивы, посуда, оборудование                                                                                  21

2.2. Определение сахаров по реакции с пикриновой кислотой                                        22

2.2.1. Антроновый метод определения сахаров                                                                 22

2.3. Методика получения спирта                                                                                         23

ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ экспериментаЛЬНЫХ ДАННЫХ                               25

3.1. Процессы получения органических соединений на основе растительного сырья – опилки древесины сосны                                                                                              25

3.2. Обработка опилок сосны с использованием раствора едкого натра                        27

3.3. Получение этанола спиртовым брожением глюкозы                                                27

ВЫВОДЫ                                                                                                                                    29

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                                                                                                 30




			ВВЕДЕНИЕ



Проблема экологии - одна из важнейших проблем современности. Главные составляющие этой проблемы - загрязнение незаменимых природных ресурсов: воздуха, воды, почвы отходами промышленности, транспорта, что привело к оскудению растительного и животного мира.

Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Отходы на этапе заготовки леса могут достигать нескольких десятков процентов (пни, сучья, хвоя и т.д.). Типичное лесопильное производство превращает около 60 % древесины в доски, при этом 12 % уходит в опилки, 6 % - в концевые обрезки и 22% - в горбыль и в обрезки кромок. 

В настоящее время активно внедряется технология сжигания опилок, щепы, старой древесины. Этот процесс прямого использования отходов лесопиления и деревообработки имеет ряд недостатков. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов. Во-вторых, требует решения проблема складирования. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки и щепа подвержены самовоспламенению. В-третьих, мелкофракционные древесные отходы в виду их малой насыпной плотности невыгодно перевозить на расстояние более 20- 40 км. [1].

В настоящее время лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность России является одной из самых перспективных отраслей экономики страны, одной из стратегических задач которой является увеличение доли продукции глубокой степени переработки. А по мере увеличения объемов данной продукции, будут увеличиваться и объемы различных древесных отходов. Вопрос эффективной утилизации которых, является актуальным не только с позиции сохранения окружающей среды, но и с позиции любого из предприятий отрасли, стремящихся к тому, чтобы процесс утилизации отходов являлся не только не затратным, но и приносил доход [2].

Цель работы - использование отходов деревообрабатывающих производств для получения биотоплива. 

Задачи исследования:

 изучение механизма трансформации целлюлозы в растворимые формы простых углеводов;

установление факторов, влияющих на гидролиз целлюлозы, определение оптимальных условий для протекания процесса;

выделение местных штаммов микроорганизмов, позволяющих провести гидролиз наиболее эффективно;

исследование состава полученного субстрата после гидролиза.




ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Отходы. Физико-механические свойства отходов



Отходы - это та часть сырья, которая отделяется в процессе обработки как не соответствующая техническим условиям на изготовляемую заготовку, деталь или изделие. Отходы могут быть использованы в качестве основного сырья при изготовлении продукции другого вида или размера. Таким образом, используемые отходы представляют собой вторичное сырье или материал.

Классификация по источнику сырья и видам образующихся отходов представлена на рисунке 1.1.



Рис. 1.1. Источники сырья и виды образующихся отходов

Предлагая в дальнейшем возможные пути утилизации отходов, следует учитывать физико-механические свойства отходов, так как различия в их особенностях предполагают и различные возможные варианты их переработки [3].

За исключением насыпного веса, свойства кусковых отходов мало отличаются от свойств цельной древесины. Основное отличие любого сыпучего материала от сплошного, заключается в дискретности его частиц (опилки, стружка, пылинка). В связи с этим необходимо рассматривать физико-механические свойства отдельных частиц и свойства всей массы сыпучего материала. Древесные отходы, накапливаясь в одном месте без принудительного уплотнения, образует насыпь и занимают объем больший, чем они занимали в цельной древесине до обработки последней, а вес единицы объема такой насыпи уменьшается за счет разрыхления, т.е. уменьшается полнодревесность. Отсюда возникают термины: «насыпная масса», «складочная масса» и «коэффициент полнодревесности».

Отношение складочной массы к плотной массе в 1 куб. м. древесины одинаковой влажности называется коэффициентом заполнения или коэффициентом полнодревесности, которые рассчитываются по формуле:

(1.1)

Где: G - насыпная масса отходов, кг/м3;

Y - объемная масса плотной древесины, кг/м3.

В таблицах 1. и 2. приведены коэффициенты полнодревесности кусковых отходов и насыпная масса, и коэффициенты полнодревесности сыпучих отходов.

Таблица 1.1

Коэффициенты полнодревесности кусковых отходов

Таблица 1.2

Коэффициенты полнодревесности сыпучих отходов



1.1.1 Влажность древесных отходов

Влага в древесине влияет на физико-механические свойства древесины в любом ее виде. Это обстоятельство получает свое выражение и при использовании древесных отходов. Уже при влажности выше 14–16% вода играет роль смазки при том или ином механическом воздействии, особенно при дроблении и измельчении, когда куски или частицы получаются относительно крупными. Кроме того, при повышенной влажности затрудняется проникновение в древесину вводимых в нее связующих или других ингредиентов.

При сверхнизкой влажности, ниже 4–5%, вода образует в древесине тонкие пленки ничтожно малой толщины — слой воды, прилегающий к твердой стенке и имеющий толщину 0,075 мм, находится в особом состоянии и приближается по свойствам к твердому телу. В этом состоянии древесина становится хрупкой, легко разрушается и измельчается. Но в то же время древесина в таком состоянии быстро поглощает не только влагу, но и вводимые растворимые ингредиенты.

По указанным причинам влажность сыпучих отходов, применяемых в производстве композиционных материалов, доводится до некоторого среднего значения, около 9–10%.

Гигроскопичностью древесины называется ее способность поглощать (сорбировать) пары воды; выражается она не только влагопоглощением, но и набуханием, которые являются показателями одного и того же сорбционного процесса. Поверхностно-активные свойства древесины повышаются по мере ее измельчения. Если цельная древесина увеличивает свою влажность на 25% за двое суток, то измельченная, т.е. сыпучая древесина, повышает свою влажность на 28% за одни сутки [4].



1.1.2 Эквивалентный диаметр частиц

При различных операциях с сыпучими отходами приходится рассчитывать те или иные технические процессы, например сушку, пневматическое транспортирование и др. В этих случаях большую роль играет размер частицы. Для удобства и упрощения расчетов форму частиц сыпучих материалов принимают за шар.

В действительности частицы сыпучей древесины отличаются по форме от шара. Поэтому вводят понятие об эквивалентном диаметре, т.е. о линейном размере частицы, эквивалентном диаметру соответствующего шара.

Эквивалентный диаметр частицы определяют при помощи ситового анализа из соотношения по следующей формуле:

(1.2)

где di — средний диаметр отверстия сит,

k — число исходных фракций в слое по рассеву;

xi — массовая доля фракции.

Средний диаметр отверстия сит определяется по следующей формуле:

(1.3)

где d1 — диаметр отверстий проходного сита,

d2 — диаметр отверстий непроходного сита. [5].



1.1.3. Пирофорные свойства

При хранении измельченной древесины (опилок) в кучах возможно их самовоспламенение. Температура самовоспламенения опилок близка к 275°С. Взрывоопасность может возникнуть всюду, где имеется мелкая и сухая сыпучая древесина. Поэтому особо опасными в отношении пожара и взрыва являются сухие опилки и древесная пыль. Условиями для образования взрыва являются: определенная концентрация пыли в воздухе; наличие источников тепла, способных воспламенить взвешенную в воздухе пыль, а также скопление электростатических зарядов, присутствие в воздухе достаточного количества кислорода, расходуемого на полное сгорание аэросмеси. Древесная пыль имеет температуру вспышки 430°С и температуру самовоспламенения 775°С.

Минимальная взрывоопасная концентрация древесной пыли в воздухе (нижний предел взрыва) 12,6 т/м3, а опилок — 65 г/м3.

Сухая сыпучая древесина обладает абразивными (шлифующими) свойствами. Шлифующие свойства ярко выражены у сухой и пересушенной древесины твердых пород. По этой причине песчинкообразные, относительно крупные частицы опилок твердых древесных пород (бука, березы) применяются для чистки мехов в легкой промышленности. При помощи опилок можно быстро снять окалину с металла и отшлифовать его. [6].



1.1.4. Транспортирование щепы и сыпучих отходов

Транспортирование щепы и сыпучих отходов осуществляется следующими видами транспорта:

?механический транспорт. Для заводского и межзаводского транспортирования щепы и ее погрузки часто применяют механические транспортеры (ленточные, скребковые, шнековые и др.). 

?пневмотранспорт. Механические транспортеры постепенно вытесняются пневмотранспортом низкого и высокого давления. В установках низкого давления воздух отсасывается из трубопровода или подается в него вентилятором, а количество подаваемого воздуха зависит от разницы давления его в трубопроводах и перед вентилятором (при максимальном статическом давлении у вентилятора 30,5 см вод. ст. или 0,03 кг/см2). 

?автотранспорт. Для перевозок щепы и сыпучей древесины на расстояние до 100 км применяется автотранспорт. При перевозках щепы автотранспортом и в железнодорожных вагонах щепа уплотняется примерно в 1,05–1,15 раза, а при отрицательных температурах, кроме того, и смерзается. Эти явления крайне осложняют разгрузку и требуют применения разрыхляющих механизмов. Техническая характеристика автощеповозов-самосвалов приведена в специальной литературе.

Железнодорожный транспорт. Технологическая щепа, вырабатываемая из отходов лесопиления и деревообработки, перевозится также по железной дороге. Экономически оправданной считается перевозка щепы на расстояния до 1000 км.

Торфовозные хопперы и вагоны для угля целесообразно использовать в составе вертушек для транспорта щепы только на короткие расстояния. Расчеты показали, что наиболее целесообразна организация перевозок в специализированных вагонах. На практике используют вагоны общего назначения с надстроенными по высоте бортами и специализированные вагоны-щеповозы Днепродзержинского вагоностроительного завода.

Хранение отходов производится на открытых складах и бункерах. Отходы необходимо хранить отсортированными по видам и породам, причем совершенно обязательно хранить сыпучие отходы отдельно от кусковых. Сыпучая древесина на открытых складах размещается в бунтах конической или призматической формы высотой до 5 м. на бетонном, асфальтированном или деревянном основании. Деревянный настил толщиной не менее 6 см. должен быть обработан антисептиками. Ширина или диаметр бунта должны быть не более 15 м, а длина не ограничивается.

Таким образом, подробно рассмотрев виды и номенклатуру отходов, учитывая свойства кусковых и сыпучих видов, зная об особенностях условия их хранения, можно сказать о том, что возможные пути утилизации отходов, будут различными, но с учетом природных характеристик и свойств биомассы [7,8].



1.2. Классификация древесных отходов

Древесные отходы -  это отходы, образующиеся при заготовке, обработке и переработке древесины, а также в результате эксплуатации изделий из дерева.

Основными источниками образования древесных отходов являются различные лесопромышленные комплексы и деревоперерабатывающие комбинаты. Отходы древесины также образуются при рубке низкокачественной древесины, вершин, крупномерных сучьев, лиственных пород (зелени) и т. п. работах, в процессе ухода за зелеными насаждениями на улицах, в парках, скверах, бульварах и т.д. В составе бытовых отходов, образующихся в городах также  содержится достаточно большое количество древесных отходов. Эти отходы могут найти применение в производстве щепы и стружки, которая, в свою очередь, является ценным сырьем для производства различных материалов и изделий.

Древесные отходы  могут образоваться по  следующим причинам: в связи с биологическими особенностями произрастания деревьев (кора, листья, ветви, хвоя, вершины, корни, пни); из-за сбежистости ствола (комлевые срезки, рейки); вследствие получения материалов прямоугольного сечения из материалов круглой формы (горбыли, рейки); пороков древесины — сучков, трещин (обрезки); неправильной формы ствола — овальности, сбежистости (рванина); несовершенства технологических процессов обработки древесины (опилки, отструг при строгании шпона, стружки, карандаши, обрезки). Значительное количество отходов образуется при использовании древесины на предприятиях автомобильной промышленности, в транспортном строительстве, станкостроении, торговле, коммунальном хозяйстве, мебельной промышленности и других отраслях экономики [9].

Древесные отходы в зависимости от производства их образования можно разделить на три вида:

1.Отходы лесозаготовок — древесные остатки, образующиеся при валке деревьев, очистке их от сучьев, раскряжевке хлыстов,   окорке сортиментов. К отходам лесозаготовок относятся пни, корни, вершины, сучья, ветви, откомлевки, немерные отрезки и обломки хлыстов, кора, хвоя, листья и опилки. Использование отходов является важной задачей лесозаготовительных предприятий. Использование пней и корней позволяет увеличить выход древесины с единицы площади на 15--20 %. Основное направление переработки пневой древесины - получение соснового и кедрового пневого осмола. Также возможно использования пневой и корневой древесины для получения древесностружечных и древесно - волокнистых плит. Древесина вершин пригодна для получения высококачественной технологической щепы. Древесина сучьев характеризуется повышенной плотностью и высоким содержанием смолы (у хвойных пород), повышенной теплотворной способностью. Наиболее целесообразный путь использования сучьев и ветвей - получение зеленой щепы, топлива. Кора, как составная часть дерева, естественное органическое удобрение. При ее медленном разложении в почве органически связанный азот становится доступным для питания растений. Кора может использоваться и как топливо. Древесная зелень (хвоя и листья) богата витаминами и углеводами, протеинами, аминокислотами, поэтому она применяется как сырье для получения витаминной муки, которая добавляется к комбикормам для животных. Из хвои извлекают хлорофилл, каротин и эфирные масла, которые используют в фармацевтической промышленности и медицине. Опилки образуются в процессе лесопиления. Опилки размером не менее 3  мм, могут использоваться как добавка к основному сырью в производстве целлюлозы, бумаги, картона, а также для получения древесного дрожа, спирта.

2.Отходы деревообработки — это отходы, образующиеся в деревообрабатывающей промышленности. В производстве которого  в качестве сырья использует пиломатериалы, фанеру, плиты и вырабатывает готовые изделия (оконные и дверные блоки, мебель, деревянные музыкальные инструменты, спортивный инвентарь, футляры радиоприемников, телевизоров и приборов, деревянные части автомашин, вагонов). Для технологии таких производств характерно применение столярных соединений и склеивания, механическая обработка древесины резанием и отделка древесины лакокрасочными материалами. 

Деревообработка может быть первичной и вторичной. В первом случае получают фанеру, спички, шпалы, шпон, различные пиломатериалы. Они могут использоваться самостоятельно либо поступать на вторичный  этап деревообработки, например, для конструирования   мебели, домов,   музыкальных инструментов, оконных блоков и т. п. Помимо основной  продукции  получают такие  отходы  как: горбыль, рейки, срезки, короткомер, стружка, опилки, отходы производства технологической щепы, древесная пыль, кора. 

3.Отходы лесопиления опилки, рейки, щепа, обрезки досок после торцовки и т.п. Отходы лесопиленияиспользуются или самим лесопильным предприятием (для изготовления различного вида плит, тары и пр.) или отправляются на целлюлознобумажные и гидролизные предприятия для дальнейшей их  переработки[10].

В зависимости от формы и размера частиц древесные отходы подразделяются на две основные группы: мягкие древесные отходы и  кусковые древесные отходы. Наибольшую ценность у древесных отходов представляют крупнокусковые отходы (длиной более метра) в виде стволов малоценной древесины, реек, горбыля, обрезки пиломатериалов и заготовок, карандаши. Менее ценными являются кусковая мелочь и мягкие древесные отходы, использование которых ограничено. 

К мягким древесным отходам относятся: опилки и стружки . Опилки и стружку благодаря адсорбирующим, абразивным, изоляционным и другим свойствам широко используют в различных производствах: для хозяйственных целей и как технологическое сырье. 

Количество древесных отходов при производстве определенного  вида товарной продукции из древесины определяется по ее доле, которая осталась не использованной в данном технологическом процессе, а количество образующихся древесных отходов исчисляется в процентах от объема древесного сырья, использованного при производстве продукции. Общий объем образования древесных отходов производства в Российской Федерации оценивается в 15-20 млн. плотных кубических метров, и объем использования – в 8-13 млн. м3, главным образом, за счет использования крупных кусковых отходов [11].



1.3. Состав отходов древесного сырья и некоторые свойства их компонентов

Биомасса перечисленных выше видов отходов древесины имеет аналогичный химический состав, представленный  в основном органическими полимерами сахаров с 5-6 углеродными атомами (гемицеллюлозы и целлюлозы) ароматическими полимерами (лигнин). В основе образования высшими растениями таких сложных органических веществ из простых соединений (СО2, Н2О) лежит явление фотосинтеза, приводит к образованию в клетках растений различных органических соединений, в том числе растворимых в воде сахаров - пентозы С5Н10О5 и образованию в клетках растений различных органических соединений, в том числе растворимых в воде сахаров - пентозы С5Н10О5 и гексозы С6Н1206, служащих для питания клеток. Необходимый для жизни растений запас сахаров образуется в результате полимеризации молекул пентоз и гексоз,. Сложная смесь высокомолекулярных гетерополисахаридов, включающая эти соединения и являющаяся одним из основных компонентов оболочек растительных клеток, называется гемицеллюлозами. Эти углеводы присутствуют в одревесневших частях растений (соломе, семенах, орехах) и древесине в количестве 6-27%.. Гемицеллюлозы растворяются в щелочах. Они легко гидролизуются разбавленными минеральными кислотами, переходя в раствор с образованием способных к спиртовому брожению гексоз и неспособных к таковому пентоз.

 	Другим важнейшим компонентом этих облочек является весьма близкий к гемицеллюлозам полисахарид - целлюлоза или клетчака. Содержание ее в подсолнечнике, злаках, камыше составляет 30-40%, в древесине - 40-50%, в стеблях лубяных растений - 75-90%. В воде, спирте, эфире, ацетоне и других обычных органических растворителях целлюлоза нерастворима. 

Она довольно устойчива в обычных условиях к действию слабых окислителей. 



При продолжительном воздействии разбавленных минеральных кислот целлюлоза переходит в гидроцеллюлозу, представляющую собой хрупкое вещество -смесь неизмененной клетчатки и продуктов ее деструкции и гидролиза. Это свойство целлюлозы используют в практике для отделения шерсти из тканевых отходов, содержащих хлопок.

Под энергичным воздействием минеральных кислот гликозидные связи между элементарными звеньями макромолекул целлюлозы легко гидролизуются. Продуктом полного гидролиза целлюлозы является Д-глюкоза:



Эта реакция лежит в основе промышленного способа получения этилового спирта из целлюлозусодержащего сырья.

При нагревании до 120-150°С в отсутствие кислорода целлюлоза устойчива, при более высоких температурах происходит деструкция, а выше 300° С - графитизация (карбонизация) целлюлозы.

Наконец, третьим основным компонентом клеточных оболочек сосудистых растений является лигнин, полимерные молекулы которого в процессе роста растений внедряются между молекулами целлюлозы, инкрустируя их, придавая оболочкам клеток значительную упругость и твердость и вызывая там самым «одревеснение» клеток. Лигнин представляет собой сложное, не имеющее стабильной молекулярной массы полимерное вещество ароматического характера.

Содержание лигнина в древесине лиственных пород деревьев составляет 19-24%, хвойных - 26-28%. По сравнению с целлюлозой лигнин является веществом менее стойким и легко подвергается действию горячих щелочей, окислителей и других реагентов. Под действием растворов H2SО4 и NaOH он легко переходит в раствор. На этом свойстве отделения лигнина основано получение из растительного сырья технической целлюлозы.

Помимо вышеперечисленных органических полимеров клетки названных растительных отходов содержат и другие органические соединения - дубильные и красящие вещества, смолы, камеди, эфирные масла, алкалоиды. Кроме того, в их состав входят минеральные соединения, дающие при сжигании отходов золу. Последняя включает растворимые в воде (поташ, сода) и нерастворимые в ней (известь, магнезия, соли железа, кремнекислота) вещества [12,13].



1.4. Использование древесных отходов в качестве энергии

Существуют различные способы получения энергии из древесных отходов, основными из которых являются: сжигание, быстрый пиролиз, газификация. Вывоз древесных отходов на захоронение довольно дорог, ибо их объем и масса обычно велики Лучшим и самым прогрессивным вариантом утилизации древесных отходов считается сжигание их в специальных котлах с получением полезной энергии – тепла, которое можно применять в личных целях предприятия (отопление, нагрев воды для технологического цикла, сушка древесины и т.д.) или продавать. 

Другим способом получения энергии является газификация, которая  представляет собой процесс высокотемпературного превращения отходов древесины, промышленности и транспорта некоторых видов сельскохозяйтсвенных отходов - лузги подсолнечника, стеблей кукурузы, подсолнечника, хлопка, стержней кукурузных початков и т.п. в газ, называемый генераторным газом.   Он имеет температуру 300 - 600°С и состоит из горючих газов (CO, H2 , CH4), инертных газов (CO2 и N2), паров воды, твердых примесей и пиролизных смол. Из 1 кг древесной щепы получают около 2.5 Нм3 газа с теплотой сгорания 900 - 1200 Ккал/Нм3. Эффективность газификации достигает 85-90%. Благодаря этому, а также удобству применения газа, газификация является более эффективным и чистым процессом, чем сжигание. Быстрый пиролиз представляет собой процесс, при котором сухие (<10% влажности), измельченные в порошок древесные отходы, включая опилки, кору и т.д., быстро нагреваются в кипящем слое инертного материала внутри реактора до температуры 450 - 500°С при отсутствии воздуха. Продуктами пиролиза являются частицы древесного угля, неконденсирующийся газ, конденсирующиеся пары и аэрозоли. Частицы древесного угля отделяются в циклоне, а летучие вещества подвергаются быстрому охлаждению, в результате которого образуется жидкость - синтетическое жидкое топливо (пиротопливо), поступающее в накопительный резервуар.

 В российской практике также есть примеры использования отходов древесины в качестве топлива. Имеются ряд успешно действующих установок как на Урале при металлургических заводах, так и в центральных районах страны [14,15].

В настоящее время на территории России созданы тысячи малых и средних лесопильных, деревообрабатывающих и мебельных малой и средней мощности.

Для переработки образующихся сравнительно небольших объемов отходов требуются энергетические установки сравнительно небольшой производительности – 500 – 1000 кг/ч 

Зарубежные фирмы Германии, Австрии, Финляндии и др. стран предлагают оборудование для энергетического использования древесных отходов с получением тепловой и электрической энергии. Ряд отечественных организаций готовы на значительно более выгодных условиях внедрять энергетические установки на древесном топливе, которые комплектуются из оборудования, производимого на российских предприятиях.

Общий запас древесины в России достигает почти 82 млрд. м3. Это в 4 раза больше, чем в США, в 40 раз больше, чем в Швеции и в 16 раз больше, чем в Финляндии. Пропорционально потенциально значительно более высок объем древесных отходов в отечественной лесной промышленности. По оценкам экспертов только в энергетических целях в России технически возможно использовать до 800 млн. тонн древесной биомассы ежегодно [16].

Использование коры в составе отходов лесопиления не составляют проблемы, т. к. кора усредняется в составе заболонных отходов и имеет естественную влажность. Целесообразно также использование на целлюлозно-бумажных комбинатах высоковлажных отходов от окорки древесины для энергетических целей, так как количество отходов при окорке баланса достигает 15% от общего количества потребляемого баланса. Применение высоковлажной коры экономически оправдано, если процесс будет организован по определенной схеме. В короотжимном прессе влажность коры можно довести от 80–85 до 40–48%; затем, подсушив кору до 35–40%-ной влажности, ее можно использовать как топливо. Для энергетического сжигания коры рекомендуют топку скоростного горения ЦКТИ системы Померанцева или установку по газификации коры, проект которой разработан для строительства в Ленинградском лесном порту. На этой установке, помимо энергии, получают также значительное количество сопутствующих технологических продуктов (генераторная смола, литейный крепитель, уксусно-кальциевый порошок) [17].







1.5. Переработка древесины в химической промышленности

В качестве сырья древесину потребляют три отрасли химической промышленности: целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая.

Целлюлозно-бумажная промышленность вырабатывает целлюлозу для изготовления бумаги, картона и целого ряда целлюлозных материалов (производных целлюлозы), а также древесноволокнистых плит.

Основываясь на высокой химической стойкости целлюлозы, путём воздействия различных агентов на древесину переводят в раствор сопровождающие её менее стойкие вещества. Различают три группы способов промышленного получения целлюлозы: кислотные, щёлочные и нейтральные. Выбор того или иного способа зависит в основном от породного состава перерабатываемого древесного сырья.

К группе кислотных способов относятся сульфитный и бисульфитный. При сульфитном способе в качестве сырья используется древесина малосмолистых хвойных (ели, пихты) и ряда лиственных пород. Бисульфитный способ позволяет использовать для получения целлюлозы древесину практически любых пород.

К группе щёлочных способов относятся сульфатный и нейтральный. Наибольшее распространение получил сульфатный метод. Варка щепы ведется в растворе едкого натра и сернистого натрия. Сульфатный способ позволяет получать более прочные волокна. Этим способом получают более половины производимой в мире целлюлозы, так как он позволяет использовать древесину любых пород.

Нейтральный - способ получения целлюлозы из древесины лиственных пород, при котором варочный раствор содержит вещества (моносульфиты), имеющие реакцию, близкую к нейтральной [18].

Широкое применение находят производные целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с растворами едкого натра, азотной и серной кислот или уксусным ангидридом можно получить искусственные ткани (штапель, вискозный и ацетатный шёлк), кордонное волокно для изготовления автомобильных и авиационных шин, целлофан, целлулоид, кино- и фотоплёнки, нитролаки, нитроклеи и другие продукты.

При взаимодействии водных растворов кислот с древесиной происходит гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз, которые превращаются в простые сахара (глюкозу, ксилозу и др.) Эти сахара можно подвергать химической переработке, получая ксилит, сорбит и другие продукты. Однако гидролизная промышленность в основном ориентируется на последующую биохимическую переработку сахаров.

Реакция гидролиза происходит при довольно высокой температуре (150-190°С). При охлаждении гидролизата (водного раствора простых сахаров) образуются пары, из конденсата которых получают фурфурол. Он применяется в производстве пластмасс, синтетических волокон (нейлона), смол, изготовления медицинских препаратов (фурацилина и др.), красителей и других продуктов.

При дальнейшей переработке гидролизата получают кормовые дрожжи, этиловый спирт (этанол), углекислый газ. Этанол получают только из хвойной древесины, используют как растворитель и, всё больше, как топливо[19].

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит пиролиз. В результате пиролиза образуется уголь, жижка и газы.

Древесный уголь, отличающийся высокой сорбционной способностью, применяют для очистки промышленных растворов, сточных вод, в производстве сахара, при выплавке цветных металлов, при изготовлении медицинских препаратов, полупроводников, электродов и для многих других целей.

Жижка - раствор продуктов разложения, используется в производстве антисептиков, фенолов, уксусной кислоты, метилового спирта, ацетона. Газы, образующиеся при пиролизе древесины, используют в качестве топлива.

Сырьём для лесохимической промышленности помимо низкокачественной древесины являются экстрактивные вещества. Добыча смолы (живицы) из хвойных пород достигается путём подсочки. Для этого на поверхности стволов сосны или кедра осенью наносят специальную рану (карру), из которой живица вытекает в конический приёмник. Переработка живицы осуществляется на лесохимических предприятиях, где происходит отгонка с водяным паром летучей части - скипидара и уваривание канифоли.

Скипидар широко применяется как растворитель в лакокрасочной промышленности для производства синтетической камфары. Камфара используется в производстве целлюлозы, лаков и киноплёнки. Канифоль применяют в производстве каучука, бумаги, нитролаков, электроизоляционных материалов и др.

Дубильные вещества (танниды), используемые при выделке кож получают из коры ивы, ели, лиственницы, пихты, а также из древесины дуба и каштана [20,21]. 



1.6. Производство биотоплива. Классификация биотоплива

В зависимости от агрегатного состояния, поколения, способа получения и сфер применения выделяют несколько видов биотоплива. По агрегатному состоянию выделяют твердое, жидкое и газообразное биотопливо.

Виды биотоплива:

1 Твердое биотопливо

1.1Топливные гранулы

2 Жидкое биотопливо

2.1 Биоэтанол

2.2 Биометанол

2.3 Биобутанол

2.4 Диметиловый эфир

2.5 Биодизель

2.6 Биотоплива второго поколения

3 Газообразное топливо

3.1 Биогаз

3.2 Биоводород

Твердое биотопливо - это дрова, древесные топливные гранулы и топливные брикеты. Основным источником дров являются энергетические леса, в которых можно найти травы, кустарники и быстрорастущие породы древесины. Древесные топливные гранулы получают при прессовании древесных отходов, и они являются экологически чистым видом биотоплива.

Достаточно перспективным считается жидкое биотопливо. Его в основном применяют для работы двигателей. Получить такое топливо можно при переработке растительного сырья: сахарного тростника, сахарной свеклы, рапса и кукурузы. К жидкому относят такие виды биотоплива: биоэтанол, биометанол и биодизель. Биоэтанол является самым популярным видом топлива, благодаря экономической эффективности производства. Благодаря тому, что такое топливо получают из растений, снижается уровень выбросов при его использовании. Биоэтанол может применяться для разных видов автотранспорта.

Биометанол получают при переработке фитопланктона. При высоком уровне энергоотдачи нет серьезных требований к производственной площадке. Биодизель производят из растительных масел. Его можно использовать в сочетании с обычным дизельным топливом. Такое топливо безвредно при попадании в воду или почву, поскольку практически полностью распадается за короткий промежуток времени [22].

1.6.1. Этапы процесса производства биотоплив

Весь процесс производства условно можно разделить на несколько этапов: измельчение, сушка, доизмельчение, водоподготовка, прессование, охлаждение, фасовка и упаковка.

Измельчение древесного сырья. Рубительные машины (Дробилки) измельчают древесное сырьё до фракции с размерами не более 25х25х2 мм для дальнейшей сушки. Лучше всего для снижения энергозатрат на сушку измельчать до более мел.......................