Секция 4

Секция 4
ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ
Современное направление переработки лесных ресурсов и возможности их развития
Сафин Р.Г., Степанова Т.О.
Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия, г. Казань,
E-mail: [email protected]
Природа - это живой окружающий нас мир во всем бесконечном многообразии его
проявлений. Она представляет собой объективную реальность, которая существует вне и
независимо от сознания человека. В природе также существуют определенные законы, которым
подчиняется все во вселенной, в том числе и человек, который является неотъемлемой частью
природы.
Природа состоит из растительного и животного мира и существуют они взаимосвязано за
счет круговорота и воды (рис.1).
Рис. 1 – Схема круговорота в природе
Вода – основа жизни – главное богатство нашего мира, она дороже всего, без неё природа
погибнет. Когда на других планетах находят воду, то говорят о возможной жизнедеятельности на
них. Основным продуктом жизнедеятельности растительного мира является биомасса.
Производимая растительным миром биомасса, является возобновляемым ресурсом и
делится на 3 вида: водоросли, растения, деревья.
Водоросли, содержат до 80 % жира. За сутки они удваивают свою массу. Водоросли источник питания для рыб, поэтому жизнедеятельность водорослей переплетается с
деятельностью рыбного хозяйства. В будущем водоросли могут стать основным источником
энергии путем производств из неё биотоплива: биоэтанола, биодизеля.
Растения это живые организмы способные перерабатывать энергию солнца в
возобновляемую биомассу. Однолетние растения являются, в основном, питательной базой для
животного мира и поэтому является сферой деятельности сельского хозяйства.
Наибольшие запасы растительной биомассы в мире заключены в многолетних растениях деревьях. Из деревьев формируются леса, поэтому они являются сферой деятельности лесного
хозяйства. В связи с вышеприведенным, во вновь сформулированных направлениях подготовки
научно-педагогических кадров рыбное, сельское и лесные области знаний сведены в одно
направления подготовки: 35.06.04 - Технологии, средства механизации и энергетическое
оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве.
Дерево – это композиционный материал, многообразно применяющийся человеком в
течение многих тысяч лет. Чтобы правильно использовать древесину и древесные материалы,
необходимы знания о росте и строении древесины, о свойствах различных пород дерева,
необходимо развивать новые технологии и аппаратурное оформление по переработке древесины в
востребованные для человечества продукты. Научные направления в области переработки лесных
ресурсов ведутся по 3-м специальностям: 05.21.01 – технология и машины лесозаготовок и
лесного хозяйства; 05.21.03 – технология и оборудование химической переработки биомассы
дерева; химия древесины и 0.21.05 – древесиноведение, технология и оборудование
деревопереработки.
В дереве можно выделить крону, ствол, комлевую часть с корневой системой. Каждая из этих
частей выполняет свои определенные функции и имеет различное промышленное применение (см.
рис.2). Ствольную часть перерабатывают в пиломатериалы, шпон, технологическую щепу.
284
Секция 4
ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ
Пиломатериал включает в себя оцилиндрованные бревна, брус, доски. Из последних производят
клееный брус, клееные доски для изготовления, соответственно, балок, лестниц, мебели. Шпон
различают строганый и лущеный. Лущеный шпон производят на предприятиях производящих
фанеру (ЗФЗ, ПФМК). Строганый шпон используется как облицовочный материал в мебельном
производстве для облицовки декоративных панелей, дверных полотен, мебельных щитов, а также
для производства клееного бруса, OSB (ориентировонно-стружечная плита). Первой стадией при
производства спичек также является производство шпона [1, 2].
Рис. 2 – Направления переработки древесных материалов
Комлевую часть хвойных пород древесины перерабатывают в технологическую щепу –
осмол для экстрагирования из нее древесной смолы, из которой производят, затем канифоль,
скипидар.
Крона используется для производства кормовых добавок и извлечения из нее
экстрактивных веществ, из которых впоследствии производят: лекарственные препараты,
биологически активные добавки, эфирные масла (в частности для ароматерапии).
В настоящее время активно используется стволовая часть, в меньшей степени крона и
комлевая часть, практически не используется корневая система.
В России к числу наиболее актуальных проблем относится утилизации древесных
отходов. На сегодняшний день при существующих методах переработки теряется почти половина
биомассы дерева, из-за низкого уровня технологических процессов деревообработки. Большая
часть древесных отходов вывозится на свалки, либо бесконтрольно сжигается. Ежегодно в
лесопильной и деревообрабатывающей промышленности образуется около 60 млн. м 3 древесных
отходов, почти три четверти которого приходится на долю лесопиления, из них 60 % составляют
крупные или кусковые отходы (вырезки, горбыли, рейки и т.д.) и 40 % мелкие или мягкие отходы
(опилки, стружка и т.д.). Древесные отходы можно использовать после механической обработки
или химической переработки, а также непосредственно без каких-либо обработок. Они становятся
основой для производства эффективных заменителей деловой древесины, экономически выгодных
материалов и изделий. Постоянно расширяется ассортимент и объем производства строительных
материалов из отходов.
Древесные отходы, в виде технологической щепы, стружки, опилок являются сырьем для
производства многих ранее рассмотренных продуктов. Многие из вышеперечисленных
технологий производят вторичные отходы, в состав которых входят различные химические
компоненты, не позволяющие их дальнейшее использование без специальной обработки. К этим
химическим компонентам относятся смолы и клея, пленочные покрытия, минеральные
компоненты, используемые в плитном производстве и т.д. Такие отходы целесообразно
подвергать термической переработке для получения различного топлива: твердого, газообразного,
жидкого. С целью получения древесного угля, используемого в качестве твердого топлива,
адсорбента целесообразно использовать отходы лесозаготовительного производства и подвергать
их процессу пиролиза [3,4,5].
С целью получения жидкого биотоплива целесообразно использовать процесс быстрого
пиролиза.
285
Секция 4
ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ
При переработке древесных отходов содержащих химические компоненты, например
отходы фанерного производства ДВП, ДсТП, МДФ наиболее перспективно использовать
процессы высокотемпературной газификации, в результате которой химические компоненты
будут разложены и будет получен высококалорийный генераторный газ пригодный для
использования в ДВС, электрогенераторах и т. д [6,7].
Очень перспективным является газификация древесных отходов с получением
генераторного газа пригодного для синтеза компонентов моторного топлива. Сейчас интенсивно
ведутся разработки в данной области [8].
Рис. 3 – Направления переработки древесных отходов
Заключение
Активное использование вторичных древесных ресурсов является не только важнейшим
элементом ресурсосбережения, способствующим комплексному использованию древесного сырья
и, в конечном счете, сохраняющим от вырубки значительные лесные массивы, но и значительно
улучшит экологическую составляющую лесной отрасли. Применение высокотемпературных
термохимических методов переработки образующихся отходов позволит сократить вывоз твердых
отходов с малых предприятий за счет того, что кусковые отходы и неделовая древесина будут
переработаны в древесный уголь и жидкое топливо. Отходы плитных производств будут
подвержены процессу газификации, в результате которой на выходе будет получен чистый
генераторный газ.
Список литературы:
1. Сафин Р.Г., Степанов В.В., Хайруллина Э.Р., Гайнуллина А.А., Степанова Т.О. Современные
строительные материалы на основе древесных отходов. // Вестник Казанского
технологического университета. - 2014. –Т. 17. №20. - С. 123-128.
2. Степанова Т.О., Гайнуллина А.А. Современные строительные композиционные материалы на
основе древесных отходов. // Актуальные направления научных исследований XXI века:
теория и практика. 2014. Т. 2. № 5-4. С. 152-156.
3. Сафин Р.Г., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А.А., Степанова Т.О., Хабибуллина А.Р. Разработка
композиционных материалов на основе древесных отходов. // Деревообрабатывающая
промышленность. - 2014. – №6. - С. 32-37.
4. Сафин Р.Г., Степанов В.В., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А.А., Степанова Т.О. Новые
исследования и разработки в области получения древесно-композиционных материалов на
основе древесных отходов. // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. –Т.
18. №6. - С. 139-142.
5. Степанова Т.О., Степанов В.В., Исхаков Т.Д. Технологическая схема получения
теплоизоляционных материалов из древесных отходов. // Актуальные направления научных
исследований XXI века: теория и практика. 2015. - № 2. ч.1 С. 443-447.
286
Секция 4
ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ
6. Степанова Т.О., Мусин Х.Г., Хабибуллин И.Г. Тепловлажностная обработка древесно-
7.
8.
композиционных материалов. // Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки
материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе сборник
научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвящённых 105летию академика А.В. Лыкова. Москва, 2015. С. 324-326.
Сафин Р.Г., Зиатдинова Д.Ф., Сафина А.В., Степанова Т.О., Крайнов А.А. Современные
направления переработки лесных ресурсов. // Вестник Казанского технологического
университета. - 2015. –Т. 18. №15. - С. 144-148.
Сафин Р.Г., Галиев И.М., Степанова Т.О., Разработка террасных досок и плит из древесиныполимерных композиционных материалов / Деревообрабатывающая промышленность. 2015,
в.3, с.56-60.
Сравнение ионообменных характеристик природных и синтетических цеолитов
Сыромотина Е.С., Мартемьянов Д.В., Казанцев С.О., Мартемьянова И.В.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, г. Томск
E-mail: [email protected]
Всем известно, что в настоящее время качество воды оставляет желать лучшего [1].
Причиной 80 % заболеваний на планете является плохая вода, что подтверждено данными
Всемирной организации здравоохранения. Именно поэтому очистке воды для дальнейшего ее
использования в быту уделяется особое внимание во всем мире [2]. Одними из серьёзных
химических загрязнителей, находящихся в водных средах, являются соли жёсткости. Понятие
жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+) и в меньшей степени магния
(Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на
жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные
выпадать в осадок.
Из литературных источников известно, что одним из часто применяемых материалов в
процессах водоочистки является цеолит. Цеолиты – большая группа близких по составу и
свойствам минералов, которых объединяет наличие трехмерного алюмокремнекислородного
каркаса с системой полостей и каналов. Для них характерны прочность и устойчивость к
агрессивным средам. Природные цеолиты по происхождению разделяют на осадочные и
вулканические. Возможности осадочных природных цеолитов снижаются из-за высокой
истираемости и низкого содержания цеолитовой породы. Вулканические цеолиты наоборот
обладают большим содержанием цеолитовой породы и высокими показателями по прочности.
Как минерал цеолит уже долгое время используют в разных сферах народного хозяйства.
Благодаря губочной структуре природный материал впитывает и удерживает различные
загрязнения. Таким образом, цеолиты очищают воду от тяжелых металлов, примесей аммиака,
нефтепродуктов, нитратов, радиоактивных изотопов, а также солей жёсткости. Цеолиты бывают
как природными, так и искусственными. Искусственные цеолиты – кристаллы из оксидов
кремния, алюминия и одно – или двухвалентного металла, природа которого определяет радиус
пор цеолита.
При низкой себестоимости природные цеолиты обладают
огромной внутренней
поверхностью кавернозной структуры минерала, что обеспечивает интенсивность адсорбции в
47%. С другой стороны у искусственных цеолитов этот показатель составляет 50%, однако
стоимость в разы выше. Поэтому имеет актуальность работа по исследованию сравнительных
характеристик природных и искусственных цеолитов в процессах водоочистки.
Целью данной работы является изучение ряда физико-химических, а также ионообменных
свойств образцов природного цеолита (Холинское месторождение) и образцов синтетического
цеолита NaX, модифицированных в растворе NaCl.
Для измерения величины удельной поверхности и удельного объёма пор образцов
цеолитов мы будем использовать метод БЭТ. Цель применения метода БЭТ – нахождение
площади пористого твердого тела любой формы и пористости. Чтобы достичь результата,
необходимо получить экспериментальную зависимость адсорбции от давления при неизменной
температуре в виде изотермы, затем по уравнению БЭТ вычислить величину и число молекул в
монослое. Зная площадь одной молекулы, рассчитываем суммарную площадь удельной
поверхности адсорбента. Данные определения проводили на приборе «СОРБТОМЕТР М».
287