Взаимодействие компонентов клеточной стенки древесины березы и сосны при термической обработке в режиме торрефикации : монография (190,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

УДК 674.04 ББК 37.130.3 В40 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: д-р техн. наук Е. Ю. Разумов главный инженер ООО «НПП «ТермоДревПром» А. А. Сычев В40 Авторы: С. А. Пушкин, А. А. Макаров, А. Н. Грачев, Г. М. Бикбулатова Взаимодействие компонентов клеточной стенки древесины березы и сосны при термической обработке в режиме торрефикации : монография / С. А. Пушкин, А. А. Макаров, А. Н. Грачев, Г. М. Бикбулатова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 100 с. ISBN 978-5-7882-3381-9 Рассмотрены различные виды термохимической переработки древесины, дан анализ современного состояния техники и технологий торрефикации, описаны научные основы торрефикации как метода обработки древесных отходов. Представлена физико-химическая картина процесса, выдвинуто предположение о капсуляции микрофибрилл целлюлозы, и описаны методы исследования торрефикации образцов. Проанализированы результаты экспериментальных исследований процесса торрефикации древесины сосны и березы и промышленной реализации полученных данных в области торрефикации отходов древесины. Приведены конструкции пилотной и промышленной установок, итоги промышленных испытаний, предложены рекомендации по использованию торрефицированной древесины в качестве сырья, произведена оценка экономической эффективности процесса. Предназначена для бакалавров и магистрантов, обучающихся по направлению 18.03.01 и 18.04.01 «Химическая технология». Может также использоваться при проведении практических занятий и при самостоятельном изучении предмета. Подготовлена на кафедре химической технологии древесины. УДК 674.04 ББК 37.130.3 ISBN 978-5-7882-3381-9 © Пушкин С. А., Макаров А. А., Грачев А. Н., Бикбулатова Г. М., 2023 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2023 2

Стр.2

СОДЕРЖАНИЕ Список сокращений и условных обозначений ................................................................ 5 Введение .............................................................................................................................. 6 1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА ТОРРЕФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ..... 8 1.1. Структура клеточной стенки древесины и ее биохимический состав ................8 1.2. Существующие термохимические способы переработки древесных отходов ........................................................................................................................... 13 1.3. Современные исследования и научные основы процесса торрефикации ....... 17 1.4. Современное состояние техники и технологии процесса торрефикации ........ 20 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ТОРРЕФИКАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ ........................................ 28 2.1. Физико-химическая картина процесса торрефикации ....................................... 28 2.2. Выбор объекта исследования ............................................................................... 36 2.3. Экспериментальные стенды для исследования процесса торрефикации древесных материалов .................................................................................................. 37 2.4. Экспериментальные методы анализа торрефицированных образцов и компонентов клеточной стенки................................................................................ 38 2.4.1. Экспериментальный метод исследования торрефицированных образцов методом синхронного термического анализа ........................................ 39 2.4.2. Экспериментальный метод определения теплоты сгорания образцов древесины при торрефикации .................................................................................. 39 2.4.3. ИК-спектроскопический анализ торрефицированных образцов древесины ................................................................................................................... 41 2.4.4. Экспериментальный метод анализа экстрактивных веществ торрефицированных образцов в полярном растворителе ..................................... 42 2.4.5. Экспериментальный метод анализа моносахаридного состава углеводов торрефицированных образцов, гидролизуемых трифторуксусной кислотой ..................................................................................................................... 42 2.4.6. Экспериментальный метод определения содержания кристаллической целлюлозы в торрефицированных образцах .......................................................... 43 2.4.7. Экспериментальный метод определения гемицеллюлоз в торрефицированных образцах путем щелочного гидролиза ............................. 43 2.4.8. Экспериментальный метод оценки целлюлозных полисахаридов торрефицированных образцов путем делигнификации ........................................ 44 2.4.9. Методы статистической обработки результатов экспериментов............... 45 3

Стр.3

3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ТОРРЕФИКАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ И БЕРЕЗЫ ........................ 46 3.1. Анализ материального баланса и теплоты сгорания при торрефикации древесины сосны и березы ........................................................................................... 46 3.2. Анализ результатов экспериментальных исследований компонентов клеточной стенки древесины березы и сосны при торрефикации........................... 47 3.2.1. Влияние процесса торрефикации на углеводные компоненты клеточной стенки древесины сосны и березы ........................................................ 47 3.2.2. Анализ результатов экспериментального исследования содержания кристаллической целлюлозы при торрефикации древесины сосны и березы ...................................................................................................................... 51 3.2.3. Анализ результатов экспериментального исследования процесса торрефикации древесины методом синхронного термического анализа ............ 52 3.2.4. Анализ результатов исследования компонентов клеточной стенки древесины березы и сосны методом инфракрасной спектроскопии ................... 54 3.2.5. Анализ результатов исследования экстрактивных веществ в полярном растворителе .............................................................................................................. 60 3.2.6. Анализ результатов исследования делигнификации древесины березы и сосны в процессе торрефикации .............................................................. 63 3.2.7. Анализ изменений, происходящих с компонентами клеточных стенок древесины сосны и березы при торрефикации ...................................................... 66 4. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ТОРРЕФИКАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ОТХОДОВ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА ........................................................................... 72 4.1. Оценка путей промышленной реализации технологии торрефикации отходов лесопромышленного комплекса ................................................................... 72 4.2. Пилотная установка торрефикации древесных материалов ............................. 75 4.3. Оценка энергетических затрат на измельчение исходной и торрефицированной древесины ............................................................................... 80 4.4. Промышленная реализация стадии торрефикации при производстве древесного угля из отходов лесопромышленного комплекса .................................. 82 4.5. Технико-экономическая оценка промышленной реализации технологии торрефикации отходов лесопромышленного комплекса ......................................... 87 Заключение ........................................................................................................................ 89 Список литературы ........................................................................................................... 90 4

Стр.4