Введение к работе
Актуальность теми.
При химической переработке древесины получают такие ценные продукты как бумага, картон, этиловый спирт, кормовые дрожжи и т.д. Большинство из этих производств наносят значительный вред окружающей среде. Это связано прежде всего с тем, что древесина устойчива к химическому и биохимическому воздействию, и для повышения эффективности процессов переработки необходимо повышение температуры, расхода реагентов, увеличение длительности обработки. Высокая энергоемкость переработки связана с большими затратами, приводит к инициированию нежелательных процессов и увеличению отходов производства. Решить эти проблемы в полной мере не удается, так как у химических воздействий, применяющихся достаточно давно и широко, существует много недостатков, особенно в части экологических требований.
Физические способы воздействия, базирующиеся на использовании современных радиационных технологий, в отличие от традиционных химических реакций, не требуют применения агрессивных реагентов и высоких температур. К таким способам относится радиационное облучение древесины и воздействие на нее ускоренными электронами. Основной причиной ограниченного применения этих методов для обработки древесины является их низкий коэффициент полезного действия и высокая энергоемкость процессов.
Актуальным является поиск и разработка новых технологий, основанных преимущественно на физических воздействиях на древесное сырье, по эффективности сопоставимых с химическими способами деструкции и не имеющих вредных экологических последствий.
В данной работе і нами предлагается использовать для этих целей низкоэнтальпийную электронно-пучковую плазму (ЭПП). Основное отличие предлагаемого метода от радиационных состоит в том, что ионы и радикалы образуются в плазменном - облаке вне древесной матрицы, а затем диффундируют на поверхность и вглубь древесины. Для создания ионов и радикалов в плазме требуется в сотни раз меньшая энергия, чем на образование их радиационными методами в древесине.
Целью работы.
Создание на основе плазмохимического метода научно-обоснованной ресурсосберегающей технологии, обеспечивающей увеличение коэффициента полезного использования древесины, повышение экологической безопасности процессов ее последующей химической переработки.
В задачи исследования входило:
разработка принципиальных технологических схем гидролизного производства с применением плазмохимической обработки, позволяющих обеспечить радикальное сокращение объема сточных вод и парогазовых выбросов;
изучение эффективности применения получаемых продуктов в гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности;
- изучение воздействия ЭПП на древесину и ее компоненты.
Работа выполнена в рамках Российской научно-технической
программы "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья", направление 04, тема 1.2.1. Научная новизна. Впервые изучены закономерности воздействия низкоэнталь-пийной ЭПП на древесину и ее компоненты. Установлено, что воздействие ЭПП на обрабатываемый материал локализовано в его поверхностном слое, который не превышает 1.5 мм. Определено, что
при малых дозах обработки в древесине идут процессы сшивки, которые могут преобладать над деструктивными процессами. Установлено, что ЭПП в исследуемом диапазоне энергий обработки не проявляет селективности по отношению к различным компонентам древесины и переводит в водорастворимое состояние лигнин, ге-мицеллюлозы и целлюлозу в количестве, пропорциональном их содержанию в древесине. Изучен химический и макромолекулярный состав продуктов деструкции древесины и ее компонентов.
Практическая ценность.
В результате воздействия ЭПП на древесину возрастает гид-ролизуемость полисахаридного комплекса, что открывает перспективу значительного улучшения технико-экономических показателей и повышения экологической безопасности при переработке древесины методом кислотного и ферментативного гидролиза.
Предобработка древесины ЭПП с последующим маломодульным гидролизом позволит организовать производство по бессточной технологии при практическом отсутствии вредных парогазовых выбросов. При этом произойдет сокращение расхода серной кислоты и нейтрализующих реагентов в 2.5 раза, тепла в 3.7 раза, воды в 25 раз и древесного сырья в 2.4 раза (в сравнении с промышленным гидролизом).
Добавки водорастворимых веществ, извлеченных из древесины после обработки ее ЭПП, могут найти применение в целлюлозно-бумажном производстве для снижения энергозатрат на размол целлюлозы и увеличения прочности бумажного листа.
На защиту выносятся:
метод обработки древесины низкоэнтальпийной ЭПП и данные о его ресурсосберегающей и экологической эффективности;
установленные закономерности влияния различных факторов процесса обработки ЭПП на деструкцию древесины и ее основных
компонентов;
даннне о глубине проникновения плазмохимического воздействия ЭПП в древесину и составе продуктов деструкции древесины и ее компонентов;
результаты испытаний продуктов обработки древесины ЭПП в целлюлозно-бумажном и гидролизном производстве.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Архангельского ГТУ в 1994-1998 гг. и получили положительную оценку.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографии (117 наименований). Работа изложена на 130 страницах и включает 30 рисунков и 15 таблиц.