ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧЕРЕЖДЕНЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химический  факультет

Кафедра безопасности жизнедеятельности в техносфере

 

 

 

 

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЛЕСОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 
(курсовая работа)

 

 

Выполнил  студент 
4 курса, 674 группы

______________

(подпись) 
Алексей Александрович Аушев

Научный руководитель 
преподаватель

______________ Е. А. Савицкая

(подпись)

Работа  защищена____________

(дата)

Оценка___________________

 

 

 

 

Барнаул 2011

 

Содержание

Введение...................................................................................................................4

1 Химический метод переработки  отходов лесоперерабатывающих производств..............................................................................................................6

1.1 Суспензионный метод карбоксиметилирования  древесины.......................6

1.1.1 Карбоксиметилирование  растительного сырья (древесины) 

суспензионным способом (Способ I)..............................................................8

1.1.2 Карбоксиметилирование  растительного сырья (древесины) 

суспензионным способом (Способ II).............................................................8

1.1.3 Карбоксиметилирование  растительного сырья (древесины) 

суспензионным способом (Способ III)............................................................9

1.2 Достоинства  и недостатки метода карбоксиметилирования  растительного сырья (древесины)  суспензионным способом..........................9

1.3 Возможные  сферы применения продуктов карбоксиметилирования  древесины.............................................................................................................10

1.3.1 Карбоксиметилированное растительное  сырье как ркеагент для приготовления  промывочных жидкостей.......................................................11

1.3.2 Сорбционная емкость модифицированных  продуктов древесины по отношению к нефти.........................................................................................12

1.3.3 Стимуляторы роста растений на основе карбоксиметилированного растительного сырья.................................................................................................13

1.3.4 Получение клея на основе карбоксиметилированного растительного сырья.................................................................................................................17

2 Получение клея карбоксиметилированием древесины (КМД-С)..................19

2.1 Методика получения клея КМД-С...............................................................19

2.2 Исследование свойств клея  КМД-С............................................................20

2.2.1 Определение содержания карбоксиметильных  групп............................20

2.3 Характеристики клея КМД-С.......................................................................21

3 Технологическая линия производства  карбоксиметилированной древисины...............................................................................................................22

4. Охрана окружающей среды. Охрана  труда.....................................................24

4.1 Нормирование в области охраны окружающей среды..............................24

4.2 Нормирование в области охраны  труда......................................................26

Заключение............................................................................................................28

Литература.............................................................................................................29

 

 

Введение

Алтайский край является малолесным регионом России. Общая площадь земель лесного фонда на 18 ноября 2010 года составляет 4422 тыс. Га. Общий запас стволовой древесины, не считая сучьев, составляет около 395 млн. м³ [1, 2].

Комплексное и рациональное использование  лесных ресурсов предусматривает переработку  отходов древесины, которые образуются в процессе лесозаготовок и лесопиления. В настоящее время на каждый кубометр вывезенной древесины приходится до 500 кг неиспользуемого органического вещества, оставляемого в лесу в виде пней, корней, ветвей, хвои, листьев и т. п.

На лесосеках  при сплошных рубках в отходах  остается более 20% всей органической массы, а при рубках ухода от 80 до 100%. Это ведет к большим потерям  для народного хозяйства, т. к. названные  «отходы» являются потенциальным сырьем для производства целого ряда ценных продуктов, технического, кормового  и пищевого назначения, а так же для производства лечебных и биоактивных  препаратов и продуктов парфюмерно-косметического назначения [3].

Ограниченность запасов  ископаемых органических ресурсов, постоянный рост цен на основной источник химического  сырья – нефть заставляют обратить особое внимание на использование потенциала растительного сырья. Растительное сырье является ценным, ежегодно возобновляемым источником таких высокомолекулярных соединений как целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы, потребность в котором постоянно  возрастает, т.к. оно способно заменить истощающиеся невозобновимые ресурсы. На гидролизных, целлюлозно-бумажных предприятиях из перерабатываемой древесины эффективно используется лишь углеводная компонента – целлюлоза. Многотоннажные отходы, состоящие из ценных продуктов и пригодные для использования в целом ряде направлений, либо сжигаются, либо выводятся в отвалы, что негативно отражается на экономике и экологической обстановке в районах расположения этих производств.

В связи с этим особенно актуальна проблема безотходного использования  высокомолекулярных компонентов древесины, с целью получения из нее ряда необходимых народному хозяйству  продуктов. Одно из решений этой проблемы связано с разработкой новых  подходов к ее химической переработке [4].

В настоящее время  древесные отходы используются преимущественно  в производстве ДВП, ДСП, а также  в гидролизной промышленности.

Необходимы новые  методы переработки отходов древесного сырья, которые бы полностью ликвидировали  проблему загрязнения окружающей среды  при переработке древесины.

Таким образом, целью моей работы является разработка технологии переработки отходов древесного сырья химическим способом на примере карбоксиметилирования древесины.

Задачи работы:

• Описать химизм метода;
• Выявить достоинства и недостатки;
• Предложить технологическую линию практического применения метода.

На практике, данная технология переработки отходов будет способствовать снижению экологической нагрузки на экологическую среду, в то же время приносить экономический доход.

 

1 Химический метод переработки отходов лесоперерабатывающих производств

Основное направление  химической переработки древесины  – делигнификация с целью получения  из неё целлюлозы. При этом другие составляющие древесины практически  не находят квалифицированного применения.

При выборе химического  метода для переработки отходов  лесоперерабатывающей промышленности основополагались на:

• Простоту метода;
• Доступность и мобильность использования метода;
• Небольшие  экономические затраты при использовании метода;
• Минимизация воздействия на экологическую среду;
• Максимально полное обеспечение переработки древесины.

По этому, наиболее подходящим методом химической переработки  отходов древесины, на мой взгляд, является способ карбоксиметилирования древесины суспензионным способом.

1.1 Суспензионный метод карбоксиметилирования древесины

Древесина с точки зрения химического строения представляет собой полимерную композицию трех основных структурных компонентов: целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз. При химическом модифицировании происходит взаимодействие, прежде всего ОН-групп, основных компонентов с реагентом. При этом следует выделить: химическое модифицирование поверхности древесных изделий с целью придания им полезных эксплуатационных свойств и глубокое химическое модифицирование с компонентами клеточной стенки, приводящее к получению полимерных композиций, обладающих совершенно новыми свойствами [5].

Карбоксиметилирование как метод химического модифицировании может быть с успехом применен к древесной массе в целом, без ее предвари тельного разделения на отдельные компоненты [6, 7]. По аналогии с карбоксиметилированием целлюлозы, для древесины (и другого растительного сырья) могут быть использованы традиционные суспензионный и твердофазный способы проведения реакции.

Карбоксиметилирование древесины суспензионным способом предполагает проведение реакции в среде различных растворителей, как правило, в две стадии: активация щелочью и карбоксиметилирование. Стадия обработки щелочью носит двоякий характер: NaOH способствует, с одной строны, образованию алкоксидных ионов, а с другой – разрушению надмолекулярной структуры и водородных связей, гидролизу некоторых лигноуглеводных связей. Поэтому стадию обработки щелочью можно рассматривать как самостоятельную необходимую стадию подготовки исходного сырья для проведения химической реакции [5].

При обработке  щелочью, в древесине наблюдаются  значительные структурные и химические изменения, особенно интенсивно они протекают при более высоких температурах предобработки. Предварительная обработка древесины раствором щелочи способствует изменению объема и структуры субмикроскопических капилляров, увеличению внутренней поверхности, набуханию клеточных стенок, расщеплению сложноэфирных и иных поперечных связей в клеточных стенках древесины, расщеплению микрофибрилл на элементарные фибриллы, повышению гидрофильности образованию алкалисоединений отдельных компонентов, тем самым создавая предпосылки к увеличению ее реакционной способности при химической переработке.

При карбоксиметилировании  растительного сырья в среде  органических растворителей содержание карбоксиметилированной гемоцеллюлозы (КМГ) и растворимость в воде продуктов увеличивается в апротонных и уменьшается протонных растворителях с увеличением их полярности. При этом в каждом отдельном случае можно изменять условия реакции: время, температура, соотношение реагентов и др. [5]

Рассмотрим  методику лабораторного получения  карбоксиметилированной древесины  суспензионнзионным способом [4].

1.1.1 Карбоксиметилирование растительного сырья (древесины) суспензионным способом (Способ I)