АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКА ВОЛОКНИСТОЙ СУСПЕНЗИИ В РАЗМАЛЫВАЮЩЕЙ УСТАНОВКЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
УДК 676.02/05
Аннотация
Из различных способов получения микрокристаллической целлюлозы (механический, химический, термомеханический, высаживание целлюлозы в виде порошка из ее растворов) наиболее распространенным является кислотный гидролиз целлюлозы. Трудность получения МКЦ из растительного сырья состоит в том, что кроме целлюлозы оно содержит в своем составе такие соединения, как лигнин, гемицеллюлозы, различные экстрактивные вещества и незначительный процент минеральных веществ. При размоле растительных волокон в водной среде происходит как чисто механический процесс изменения размеров и формы волокон, так и коллоидно-химический процесс, называемый гидратацией волокон. Явления механического характера выражаются в укорачивании волокон, их продольном расщеплении на фибриллы, увеличении наружной поверхности и числа свободных гидроксильных групп на их поверхности. Под термином «гидратация» понимаются коллоидно-химические явления, начинающиеся с набухания гидрофильных растительных волокон. Набухание волокон, их внешняя и внутренняя фибрилляция оказывают положительное влияние на процесс получения микрокристаллической целлюлозы. В работе рассмотрены способы получения микрокристаллической целлюлозы и факторы, оказывающие влияние на разработку волокнистой суспензии, выделенной из хвойных пород древесины, в размалывающей установке с инерционными телами. Построены мультифизические модели течения волокнистой суспензии в установке. Проведено исследование влияния размола волокнистой суспензии на процесс получения мелкодисперсной целлюлозы. Приведены показатели готового продукта. Проанализировано изменение величины степени полимеризации целлюлозы, предварительно прошедшей стадию размола, при разной степени помола по Шоппер-Риглеру. Приводятся данные по снижению затрат и экономии ресурсов (концентрации кислоты, температуры и времени обработки) в процессе получения мелкодисперсной целлюлозы.
Скачивания
Metrics
Литература
Trache D., Hussin M.H., Chuin C.T.H. et al. International Journal of Biological Macromolecules, 2016, vol. 93A, pp. 789–804.
Ardizzone S. et al. Cellulose, 1999, vol. 6, pp. 57–69.
Battista O., Smith P. Industrial and Engineering Сhemistry, 1962, vol. 54, pp. 20–29.
Vanhatalo K. A new manufacturing process for microcrystalline cellulose (MCC): A doctoral dissertation for the de-gree of Doctor of Science (Technology) 152/2017. Helsinki, 2017, 73 p.
Global Microcrystalline Cellulose Market 2017–2021. Dublin: PR Newswire, 2017, 76 p.
Patent 6392034 (US). 21.05.2002.
Bondeson D., Mathew A., Oksman K. Cellulose, 2006, vol. 13, pp. 171–180. DOI: 10.1007/s10570-006-9061-4.
Microcrystalline Cellulose (MCC) Market by Source Type and Application: Global Opportunity Analysis and Industry Forecast 2018–2025. Allied Market Research. Portland, 2018, 212 p.
Kushnir Ye.Yu., Autlov S.A., Bazarnova N.G. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2014, no. 2, pp. 41–50. DOI: 10.14258/jcprm.1402041. (in Russ.).
Akhmetshin I.R. Polucheniye mikrokristallicheskoy tsellyulozy iz lignotsellyuloznogo materiala, aktiviro-vannogo parovzryvnoy obrabotkoy: dis. … kand. tekhn. nauk. [Preparation of microcrystalline cellulose from lignocellulosic ma-terial activated by steam explosion treatment: dissertation thesis. ... cand. tech. Sci.]. Kazan', 2003, 133 p. (in Russ.).
Patent 2395636 (RU). 27.07.2010. (in Russ.).
Patent 2147057 (RU). 27.03.2000. (in Russ.).
Patent 2178033 (RU). 10.01.2002. (in Russ.).
Patent 2155192 (RU). 27.08. 2000. (in Russ.).
Flyate D.M. Tekhnologiya bumagi: uchebnik dlya vuzov. [Paper technology: textbook for universities]. Moscow, 1988, 440 p. (in Russ.).
Ivanov S.N. Razmol bumazhnoy massy. [Grinding of paper pulp]. Moscow, 1956, pp. 5–21. (in Russ.).
Toptunov Ye.A., Sevast'yanova Yu.V. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2021, no. 4, pp. 31–45. (in Russ.).
Vasil'yeva D.Yu., Yurtayeva L.V. Vserossiyskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya studentov i molodykh uchenykh «Sovremennyye tendentsii razvitiya khimicheskoy tekhnologii, promyshlennoy ekologii i tekhnosfernoy be-zopasnosti». [All-Russian scientific and practical conference of students and young scientists “Modern trends in the development of chemical technology, industrial ecology and technosphere safety”]. St. Petersburg, 2020, vol. 1, pp. 22–25. (in Russ.).
Cellulose Powder Market – Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2018–2025. Re-searchstore. biz. US, 2018, 99 p.
Miller J. TAPPI, 2017, p. 170.
Alashkevich Yu.D. Osnovy teorii gidrodinamicheskoy obrabotki voloknistykh materialov v razmol'nykh ma-shinakh: dis. … dokt. tekhn. nauk. [Fundamentals of the theory of hydrodynamic processing of fibrous materials in grinding ma-chines: dis. ... doc. tech. Sci.]. Leningrad, 1980, 334 p. (in Russ.).
Kutovaya L.V. Kompleksnyy parametr protsessa obrabotki voloknistykh suspenziy beznozhevym sposobom v ustanovke tipa «struya-pregrada»: dis. … kand. tekhn. nauk. [Complex parameter of the process of processing fibrous suspensions using a knifeless method in a “jet-obstacle” type installation: dis. ...cand. tech. Sci.]. Krasnoyarsk, 1998, 150 p. (in Russ.).
Kaplev Ye.V., Yurtayeva L.V., Alashkevich Yu.D., Tarazeyev D.S. Materialy III Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s uchastiyem molodykh uchenykh «Sovremennyye tendentsii razvitiya khimicheskoy tekhnologii, promyshlennoy ekologii i ekologicheskoy bezopasnosti». [Materials of the III All-Russian scientific and practical conference with the participation of young scientists “Modern trends in the development of chemical technolo-gy, industrial ecology and environmental safety”]. St. Petersburg, 2022, pp. 23–26. (in Russ.).
Patent 2314381 (RU). 20.09.2009. (in Russ.).
Obolenskaya A.V., Yel'nitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratornyye raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy: uchebnoye posobiye dlya vuzov. [Laboratory work on the chemistry of wood and cellulose: a textbook for universities]. Moscow, 1991, 320 p. (in Russ.).
GOST 6840-78. Tsellyuloza. Metod opredeleniya al'fa-tsellyulozy. [GOST 6840-78. Cellulose. Alpha cellulose deter-mination method]. Moscow, 1978, 7 p. (in Russ.).
ISO 5267-1:1999/Cor.1:2001. Tsellyuloza. Opredeleniye sposobnosti k obezvozhivaniyu. Chast' 1. Metod Shopper-Riglera. [ISO 5267-1:1999/Cor.1:2001. Cellulose. Determination of dehydration capacity. Part 1. Schopper-Rigler method]. 2001, 8 p. (in Russ.).
ISO 5269-1:2005. Tsellyuloza. Prigotovleniye laboratornykh listov dlya fizicheskikh ispytaniy. Chast' 1. Metod s primeneniyem standartnogo listootlivnogo apparata. [ISO 5269-1:2005. Cellulose. Preparation of laboratory sheets for physical tests. Part 1. Method using a standard sheet casting machine]. 2005, 12 p. (in Russ.).
ISO 5270:2012. Tsellyuloza. Laboratornyye listy. Opredeleniye fizicheskikh svoystv. [ISO 5270:2012. Cellulose. La-boratory sheets. Determination of physical properties]. 2012, 20 p.; ISO 1974:2012. Bumaga. Opredeleniye sopro-tivleniya razdiraniyu. Metod El'mendorfa. [ISO 1974:2012. Paper. Determination of tear resistance. Elmendorf meth-od]. 2012, 20 p.; ISO 1924-2:2008. Bumaga i karton. Opredeleniye prochnosti pri rastyazhenii. [ISO 1924-2:2008. Paper and cardboard. Determination of tensile strength]. 2008, 20 p. (in Russ.).
GOST 9105-74. Tsellyuloza. Metod opredeleniya sredney stepeni polimerizatsii. [GOST 9105-74. Cellulose. Method for determining the average degree of polymerization]. Moscow, 1974, 7 p. (in Russ.).
Obolenskaya A.V., Shchegolev V.P., Akim G.L. i dr. Prakticheskiye raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy. [Practical work on the chemistry of wood and cellulose]. Moscow, 1985, 412 p. (in Russ.).
Voronin I.A. Netraditsionnyy sposob obrabotki voloknistykh suspenziy s ispol'zovaniyem inertsionnykh tel v tsellyuloz-no-bumazhnom proizvodstve: dis. … kand. tekhn. nauk. [Unconventional method of processing fibrous suspensions using inertial bodies in pulp and paper production: dis. ...cand. tech. Sci.]. Krasnoyarsk, 2011, 156 p. (in Russ.).
Vasyutin V.G. Intensifikatsiya protsessa kombinirovannogo razmola tsellyuloznykh suspenziy: diss. ... kand. tekhn. nauk. [Intensification of the process of combined grinding of cellulose suspensions: dissertation. ...cand. tech. Sci.]. Krasnoyarsk, 1987, 166 p. (in Russ.).
Azarov V.I., Burov A.V., Obolenskaya A.V. Khimiya drevesiny i sinteticheskikh polimerov: ucheb. dlya vuzov. [Chemistry of wood and synthetic polymers: textbook. for universities]. St. Petersburg, 1999, pp. 578–579. (in Russ.).
Goncharov V.N. Teoreticheskiye osnovy razmola voloknistykh materialov v nozhevykh mashinakh: dis. … dokt. tekhn. nauk. [Theoretical foundations of grinding fibrous materials in knife machines: thesis. ... doc. tech. Sci.]. Leningrad, 1990, 433 p. (in Russ.).
Anur'yev V.I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelya: V 3-kh t. [Handbook of mechanical engineering designer: In 3 volumes]. Moscow, 2001, vol. 1, 920 p. (in Russ.).
Karpushkin S.V., Krasnyanskiy M.N., Borisenko A.B. Raschoty i vybor mekhanicheskikh peremeshivayushchikh ust-roystv vertikal'nykh yemkostnykh apparatov: uchebnoye posobiye. [Calculations and selection of mechanical mixing de-vices for vertical capacitive devices: a textbook]. Tambov, 2009, 168 p. (in Russ.).
GOST 3584-73. Setki provolochnyye tkanyye s kvadratnymi yacheykami kontrol'nyye i vysokoy tochnosti. Tekh-nicheskiye usloviya. [GOST 3584-73. Wire woven mesh with square cells for control and high precision. Technical conditions]. Moscow, 1975, 8 p. (in Russ.).
Copyright (c) 2023 Химия растительного сырья
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.
