Lignina: cos'è, principali proprietà e usi. Lignina idrolitica

Il preparato L'idrolisi della lignina ha un elevato effetto di adsorbimento.

Descrizione dell'idrolisi della lignina

La preparazione è ottenuta attraverso il processo di lavorazione del legno. Il farmaco Idrolisi della lignina è in vendita sotto forma di granuli o polvere in confezioni singole da 10 grammi, nonché confezionato in barattoli di vetro da 50 grammi. Inoltre in farmacia è possibile acquistare la lignina idrolitica sotto forma di compresse. Possono essere confezionati in varie quantità in blister da 10 a 100 pezzi.

Farmacologia

Il farmaco L'idrolisi della lignina ha un'attività di assorbimento piuttosto elevata e un effetto disintossicante non specifico.

La sua attività terapeutica consiste nel legare e rimuovere dall'organismo batteri patogeni e tossine batteriche, nonché farmaci, veleni, sali di metalli pesanti, alcol e allergeni.

Inoltre, il farmaco è in grado di assorbire gli eccessi di alcuni prodotti metabolici nel corpo, come bilirubina, colesterolo, urea, metaboliti, a seguito del quale si può sviluppare tossicosi endogena.

Il farmaco in sé non è assorbibile e non presenta tossicità. Entro 24 ore viene completamente eliminato dal tratto intestinale.

Indicazioni per l'uso della lignina idrolitica

La lignina è indicata per l'uso nelle seguenti condizioni patologiche:

• Come agente disintossicante per tossicosi esogene ed endogene di varia origine;
• Al fine di fornire il primo soccorso in caso di avvelenamento acuto da uno qualsiasi dei veleni, sia esso un farmaco, un alcaloide, sali di metalli pesanti, alcol e altri;
• Partecipare al complesso trattamento di intossicazioni alimentari, salmonellosi, dissenteria, disbatteriosi, dispepsia, nonché malattie infiammatorie purulente che possono essere accompagnate da intossicazione;
• Quando viene rilevata insufficienza epatica e renale;
• Quando si verificano disturbi del metabolismo lipidico con diagnosi di aterosclerosi e obesità;
• Per l'uso nel trattamento dei disturbi allergici alimentari e farmacologici;
• Al fine di rimuovere gli xenobiotici dal corpo.

Controindicazioni Lignina idrolitica

Il farmaco Idrolisi della lignina è controindicato per l'uso solo se è intollerante individualmente.

Applicazione dell'idrolisi della lignina

Per il trattamento, la lignina viene prescritta per la somministrazione orale prima dei pasti e l'uso di altri farmaci almeno un'ora prima. Il farmaco deve essere sciolto in acqua o lavato con essa. Il dosaggio del farmaco viene calcolato in base alla gravità della malattia in ragione di 1 grammo del farmaco per 1 chilogrammo di peso corporeo. La dose ricevuta del farmaco è divisa in più dosi.

Il dosaggio medio del farmaco è:

Per i neonati, 0,5-1 cucchiaino;

Per bambini da 1 a 7 anni 1 cucchiaio da dolce;

Per i bambini sopra i 7 anni e gli adulti 1 cucchiaio per dose singola tre volte al giorno.

Se si osserva una condizione acuta, il corso del trattamento dovrebbe durare almeno cinque giorni. Quando si verifica un'esacerbazione di intossicazione cronica o di una malattia allergica, l'assunzione del farmaco viene aumentata a due settimane.

Se è necessario prescrivere un secondo ciclo di trattamento, il trattamento deve essere ripreso non prima di due settimane dopo.

Effetti collaterali e interazioni farmacologiche

Occasionalmente sono state osservate stitichezza e reazioni allergiche come effetti collaterali durante l'assunzione del farmaco.

Con l'uso prolungato della lignina idrolitica, che supera i 20 giorni, può svilupparsi un ridotto assorbimento di calcio e vitamine. Per evitare ciò, durante il trattamento con enterosorbente, è necessario assumere preparati profilattici multivitaminici e di calcio.

Con l'uso simultaneo si può osservare una riduzione dell'effetto terapeutico di alcuni farmaci.

Precauzione per l'idrolisi della lignina

Il farmaco non è proibito, ma non è consigliabile utilizzarlo per il trattamento nei casi in cui vi è atonia intestinale, gastrite antiacida e si è verificato un periodo di esacerbazione dell'ulcera peptica del tratto gastrointestinale.

Prezzo della lignina idrolizzata

Il prezzo del farmaco Lignina è basso e praticamente non supera i cento rubli per confezione, che contiene 20 bustine individuali.

Recensioni sulla lignina idrolitica

Le recensioni sul farmaco Lignina sono solo positive, soprattutto molte di esse sono lasciate da quelle persone che hanno sperimentato i piaceri dell'avvelenamento da alcol e delle allergie. Ecco gli ultimi:

Vasilieva: La sera gli amici si sono riuniti e, come al solito, hanno organizzato velocemente una festa. Non sono particolarmente appassionato di alcol, ma a mio marito non dispiace rilassarsi. Se esageri, quella mattina, ovviamente, sarà segnata da forti postumi di una sbornia. È così che è successo questa volta. Tuttavia, la situazione era aggravata dal fatto che la mattina dovevamo andare in città. Sono dovuto correre in farmacia e spiegare la situazione. Hanno offerto polvere di lignina idrolitica. L'ho comprato per un utilizzo una tantum perché il prezzo era economico e sinceramente dubitavo della sua efficacia. Tuttavia, il farmaco non ha giustificato le mie paure e ha rimesso in piedi mio marito molto rapidamente. Quindi ora lo tengo sempre nel mio armadietto dei medicinali.

All'attuale livello di consumo delle risorse forestali, il fattore del loro pieno utilizzo è fondamentale. Dei tre principali settori di lavorazione del legno: come materiale da costruzione, combustibile e fonte di materie prime per prodotti chimici, quest'ultimo rappresenta il 13% del volume di raccolta mondiale, ovvero circa 2,6 miliardi di m 3. Ma di questa quantità, solo i carboidrati vengono ancora effettivamente utilizzati. Come sottoprodotto durante la produzione della pasta solfatata vengono prodotti 40 milioni di tonnellate/anno di lignina, 5 milioni di tonnellate/anno di ligninosolfati tecnici (TSL - sostanza secca di liquori solfitati provenienti da scarti di produzione di pasta di legno e carta) e 3,5 milioni di tonnellate/anno di lignina idrolitica tecnica (THL) al 65% di umidità viene utilizzata in modo qualificato solo allo 0,1%. Fondamentalmente questi prodotti, chiamati rifiuti, vengono bruciati o smaltiti in discarica.

Allo stesso tempo, con l’espansione della produzione e l’avvio di nuovi impianti di evaporazione, la resa di TSL può raggiungere 3,0 milioni di tonnellate/anno e, in connessione con lo sviluppo della produzione di lievito di idrolisi, la resa di TGL aumenterà nel cinque- piano annuale a 9-10 milioni di tonnellate/anno (umidità 65%). Va tenuto presente che durante la lavorazione del legno, questi rifiuti sono attivi perturbatori dell'equilibrio ecologico dell'ambiente, pertanto, determinare le modalità di riciclaggio dei rifiuti di lignina provenienti dalle industrie della pasta e della carta e dell'idrolisi è il compito economico nazionale più importante. Prima di tutto, quando si sviluppano indicazioni per il riciclaggio, si dovrebbe tenere conto della natura contenente carbonio di questi materiali, della loro reattività nei confronti dell'ossigeno e dei complessi idrogeno-carbonio e della capacità di creare composti biologicamente attivi.

1.1. CARATTERISTICHE DELLA PRODUZIONE DELL'IDROLISI DEI RIFIUTI

Negli impianti di idrolisi (HP), nel processo di lavorazione catalitica chimica dei rifiuti di legno (trucioli e segatura) e delle materie prime agricole (pannocchie di mais, bucce di girasole e riso, bucce di cotone, ecc.), a seguito dell'idrolisi, i polisaccaridi si trasformano in monosaccaridi - pentoso ed esoso:

1) conversione degli esosani in esosi

2) conversione dei pentosani in pentoso

I principali prodotti degli impianti di idrolisi, a seconda della direzione di lavorazione, sono lievito proteico, alcol etilico, furfurolo e suoi derivati, xilitolo, alcoli polivalenti e carbonati, che determinano il profilo delle piante. Allo stesso tempo, la resa dei rifiuti raggiunge l'80% delle materie prime consumate.

L'idrolisi delle materie prime vegetali viene effettuata in apparecchi periodicamente funzionanti facendo percolare una soluzione allo 0,5-1,0% di acido solforico o cloridrico attraverso uno strato di legno ad una temperatura di vapore acqueo saturo pari a 180-185 ° C. Le soluzioni acide fungono da catalizzatori per il processo.

Nel profilo del lievito possono essere utilizzati scarti di legno e agricoli di qualsiasi tipo, poiché il rapporto tra zuccheri pentosi ed esosi non è importante per i ceppi di lievito. Nel profilo alcol-lievito, è necessario lavorare principalmente una massa di legno di conifere, la cui idrolisi produce più zuccheri esosi, necessari per i ceppi di lievito che producono alcol durante la fermentazione in alcol etilico. Per i profili di lievito furfurale e xilitolo vengono utilizzati legno di latifoglie e rifiuti agricoli contenenti più zuccheri pentosi.

Si precisa che l'intera massa delle materie prime utilizzate per l'idrolisi risulta contaminata da terra e sabbia durante il trasporto e lo stoccaggio nelle aree aperte dell'impianto di protezione civile. Inoltre, agli apparecchi di idrolisi viene fornito il perfosfato, la cui soluzione deve essere preparata all'esterno di questi apparecchi. Di conseguenza, il contenuto di ceneri nel TGL aumenta, il che peggiora le sue qualità commerciali.

I seguenti rifiuti su larga scala vengono generati nella produzione di idrolisi: THL, fanghi, fanghi di depurazione primari accumulati nelle vasche di decantazione primaria, fanghi attivi in ​​eccesso formati dopo il trattamento biologico delle acque reflue e acque reflue industriali.

Secondo i dati, per un impianto a gas con una produttività di 28 mila tonnellate/anno di lievito alimentare, la quantità di rifiuti solidi generati ogni giorno in base all'abs. la sostanza secca è di circa (t): TGL-130, fanghi - 80, sedimenti primari - 12, fanghi attivi in ​​eccesso - 16. Inoltre, si formano circa 25-30 mila m 3 / giorno di acque reflue industriali. Il THL è uno dei maggiori scarti della produzione dell'idrolisi e rappresenta il 30-40% della massa delle materie prime lavorate.

1.1.1. struttura TGL

Il THL è una miscela molto complessa e talvolta imprevedibile di sostanze derivanti dalla decomposizione idrolitica dei residui vegetali. Comprende la parte non idrolizzabile della materia prima, la lignina stessa, parte dei polisaccaridi difficilmente idrolizzabili, sostanze riducenti (monosaccaridi, furfurale), parzialmente resine, cere, grassi, residui di ceneri, residui di acidi solforici e organici, sostanze umiche, umidità (fino al 70%). La composizione granulometrica del TGL varia ampiamente. La composizione e le proprietà del THL variano da cottura a cottura, quindi la sua caratteristica analitica è un valore statistico medio. Secondo VNIIGidroliza, il contenuto dei singoli gruppi di sostanze in TGL varia entro i seguenti limiti (%):

Per comprendere meglio le proprietà del TGL è necessario studiare la chimica e la struttura della lignina stessa, che determina molte delle proprietà meccaniche del legno. Negli ultimi anni, un gran numero di studi sono stati dedicati allo studio della struttura chimica della lignina naturale, che ha portato a progressi significativi in ​​questo settore.

La parete cellulare del tessuto vegetale è un complesso biochimico complesso che può essere considerato come una sorta di grafopolimero formato da cellulosa, lignina, emicellulose e poliuronidi. Utilizzando moderni metodi fisici per studiare la morfologia cellulare, è stato stabilito che questo è un prodotto di una struttura aromatica. Studiando il luogo di formazione della lignina nelle piante, Manskaya ha dimostrato che i primi stadi della lignificazione sono possibili non solo nel cambio, ma anche in qualsiasi tessuto meristematico (capace di divisione). Di conseguenza, la lignificazione nell'organismo vegetale avviene non solo nelle pareti cellulari, ma anche nelle cellule pietrose, nelle fibre dello sclerenchima, nella corteccia, nel sughero, ecc.

IN
Alla luce delle idee moderne, la lignina non può essere considerata come un composto costituzionalmente definito formatosi come risultato della polimerizzazione di unità strutturali uniformi. Secondo Shorygina la lignina è una miscela di sostanze lignine, così come esistono in natura le sostanze proteiche. Recentemente, secondo la proposta di Freudenberg, le sostanze lignine sono chiamate polilignoli. Pertanto, per lignina si intendono i prodotti polimerici naturali formati dalla policondensazione di deidrogenazione spontanea di mono- e oligolignoli (di-, tri-, tetra-, ecc.). Tre principali principi di partenza agiscono come monolignoli: derivati ​​n-cumarici (/), coniferilici (//), sinaptici (///) dell'alcol cinnamico:

In questo processo si forma la macromolecola della lignina come risultato della combinazione di radicali fenossilici, simili ad altre sostanze fenoliche naturali. La lignina non è un omopolimero, ma un copolimero, poiché è formata da tre monomeri, che differiscono solo per la presenza di uno o due gruppi metossilici.

Va notato che la lignina naturale è soggetta a cambiamenti significativi anche sotto una lieve influenza chimica, quindi non è stato ancora trovato un metodo che consenta di isolare completamente la lignina dalle piante senza modificarne la struttura chimica.

Sulla base di esperimenti sulla produzione di lignina artificiale attraverso la deidrogenazione enzimatica dell'alcol coniferilico, è stato proposto un diagramma strutturale della lignina di abete rosso. Questa struttura è considerata la più riuscita tra tutte le strutture ipotetiche conosciute (Fig. 1-1). Naturalmente non può essere considerata la vera formula della lignina, tuttavia con il suo aiuto è possibile comprendere la natura dei legami nella macromolecola della lignina. Recentemente è stato utilizzato per simulare le reazioni di formazione della lignina su un computer. Inoltre, gli autori sono partiti dal principio generalmente accettato secondo cui la lignina è un polimero a rete ramificata tridimensionale sintetizzato dalle piante. La combinazione di fenolo iniziata enzimaticamente era considerata la forza trainante della polimerizzazione.

Un'analisi dettagliata della moderna comprensione della struttura macromolecolare delle lignine è stata effettuata da J. A. Gravitis presso l'Istituto di chimica del legno dell'Accademia delle scienze della SSR lettone. Si basa sull'idea della lignina come un polimero a rete ramificata immerso in un ambiente di carboidrati. Utilizzando moderni metodi di ricerca, l'autore esamina i livelli strutturali che influenzano la struttura topologica e supramolecolare dei polimeri di rete.

Dati interessanti sono stati ottenuti utilizzando il metodo della spettroscopia elettronica per l'analisi chimica della lignina. Ad esempio, questo metodo ha consentito una nuova valutazione dei dati originali sulla distribuzione della lignina in vari elementi quantificabili analiticamente del legno. Utilizzando moderni metodi di ricerca, nonché i dati più recenti sulla struttura macromolecolare della lignina, J. A. Gravitis, insieme a P. P. Erins, ha creato un modello di lignina, secondo il quale presenta una pronunciata reticolazione eterogenea.

Per caratterizzare quantitativamente l'eterogeneità della lignina, può essere utilizzata la cosiddetta dimensione frattale. Per la prima volta, la lignina come volume frattale (un oggetto con una dimensione frazionaria) è stata studiata da V. G. Ozol-Kalnin. Hanno considerato il modello della lignina per analogia con i modelli di aggregazione di cluster di particelle o cluster di cluster. Considerando che la lignina nell'involucro cellulare è solo una parte dell'insieme, i componenti macromolecolari dell'involucro sono stati rappresentati come un sistema di rete semi-interpenetrante.

Pertanto, gli studi sulla lignina utilizzando moderni metodi di fisica dei polimeri hanno permesso di valutare la struttura della lignina in un modo nuovo e di integrare in modo significativo i metodi tradizionali per lo studio di questa complessa sostanza naturale. La modellazione computerizzata della lignina combinando tutti i dati più affidabili sulla struttura di questo polimero naturale ha mostrato che è già composto da 80 unità strutturali invece delle 18 trovate in precedenza.

Riso. 1-1. Schema della struttura della lignina secondo Freudenberg

Secondo Evilevich, Raskin et al., la lignina naturale del tessuto vegetale può essere considerata come un polimero disordinato costruito da elementi strutturali di derivati ​​dell'ossigeno del fenilpropano, parzialmente metossilati o non metossilati. I prodotti che compongono la lignina sono accomunati da caratteristiche chimiche comuni, ma allo stesso tempo mancano di molte caratteristiche fisiche importanti inerenti ad una sostanza costituzionalmente definita.

1.1.2. Principali proprietà del TGL

Il peso molecolare delle lignine naturali è relativamente elevato ed è dell'ordine di diverse migliaia, ma inferiore al peso delle lignine tecniche. Hanno una struttura abbastanza porosa e una superficie specifica sviluppata.

Sulla base dello studio della natura chimica della lignina, la sua tendenza a condensare, a differenza della cellulosa e delle emicellulose, è spiegata principalmente dalla presenza nella sua molecola di catene laterali labili di propano con idrossido, etere, aldeide, chetone, carbossile e altri funzionali gruppi, così come la presenza di anelli benzenici, unità strutturali reattive del fenolpropano. Inoltre, i gruppi funzionali che si formano durante la degradazione della polimolecola, nonché durante l'apertura di strutture cicliche del tipo pinoresinolo e fenilcumarone, sono reattivi. Pertanto, man mano che si riscalda, si osserva una perdita di termoplasticità della lignina, che è spiegata dal verificarsi di reazioni di condensazione e dal passaggio a uno stato insolubile. Il punto di fusione della lignina è compreso tra 125 e 255°C e dipende dal peso molecolare e dal contenuto di umidità. Pertanto, il punto di fusione della lignina diossanica secca è 130, per quella umida - 50 °C.

L'idrolisi del legno si riduce al processo di cottura a vapore delle materie prime, precedentemente inumidite durante il caricamento con una soluzione di acido solforico o cloridrico. Durante l'idrolisi si verificano profondi cambiamenti nella matrice lignocarboidrata delle pareti cellulari del legno. A 50-60°C, le emicellulose inizieranno ad ammorbidirsi e a 90-100°C, la lignina stessa inizierà ad ammorbidirsi e passerà ad uno stato viscoso.

La lignina ad alto peso molecolare nelle soluzioni calde di acido solforico non viene peptizzata e, dopo aver rimosso per percolazione la maggior parte dei carboidrati idrolizzati, viene rimossa (sparata) dall'apparato. Sotto l'influenza di soluzioni calde di acido solforico, si osservano fenomeni di coalescenza dei globuli di lignina e la formazione di nuovi legami carbonio-carbonio intramolecolari, compresi quelli coniugati, che complicano e densificano la struttura della lignina del legno.

I lavori di Chudakov mostrano che nel processo di idrolisi, i legami lignina-carboidrati si rompono e la rete complessiva della lignina viene distrutta. A causa dei gruppi funzionali non utilizzati, avviene la conversione, si formano strutture aromatiche secondarie e, di conseguenza, la reattività della lignina diminuisce drasticamente.

La TGL differisce significativamente dalle lignine native e tecniche ottenute durante la produzione di cellulosa. Ha un contenuto significativamente inferiore dei principali gruppi funzionali ad eccezione dei gruppi metossi, che sono resistenti all'idrolisi. Pertanto, il THL ottenuto dal legno di conifere contiene i seguenti gruppi (%): metossi - 10-11, acido - 9-14, idrossile - 6-8, carbossile - 5-6 e circa 3 - fenolico. Il THL è insolubile negli alcali e nei solventi polari; A differenza di quelli naturali, il THL, quando ossidato con permanganati alcalini, forma acidi benzenepolicarbossilici. Questa proprietà del THL è molto importante quando lo si valuta come materia prima per la lavorazione chimica e l'utilizzo nell'economia nazionale.

Il TGL si differenzia dai carboidrati per l'alto contenuto di carbonio, che aumenta durante il processo di condensazione. La sua composizione elementare varia ampiamente. La pratica ha dimostrato che queste fluttuazioni dipendono più dal metodo e dalla modalità di estrazione che dalla natura del legno (Tabella 1.1).

Come risultato dello studio dei gruppi funzionali e dello studio dei prodotti di ossidazione profonda, il lavoro fornisce uno schema per la costruzione di un frammento THL. (Fig. 1-2). Come sottolinea l'autore, questo schema può essere utilizzato per prevedere alcune direzioni del trattamento della lignina, per spiegare la formazione di strutture secondarie e l'accumulo di legami coniugati che determinano la natura dei radicali determinati dal metodo EPR.

Tabella 1.1. Composizione elementare del THL da numerosi impianti di idrolisi

Secondo lo schema sopra esposto si può prevedere che durante la carbonizzazione del TGL si possano ottenere diversi tipi di carbone. Con l'ossidazione leggera si può ottenere la vanillina e con l'ossidazione profonda si può ottenere l'acido ossalico. Sulla base della struttura condensata del THL è possibile ottenere prodotti chinonici con proprietà biostimolanti. Come risultato della modificazione ossidativa o della copolimerizzazione, il THL può essere convertito in prodotti necessari per l'agricoltura.

Sulla base del diagramma, è possibile prevedere la possibilità di formare un pezzo monolitico forte durante la bricchettatura a causa dell'ulteriore reticolazione dei singoli frammenti TGL in gruppi funzionali liberi. Il THL umido può essere considerato come un sistema polidisperso trifase: solido - acqua - aria.

La dispersione del THL dipende principalmente dalla composizione frazionaria e botanica delle materie prime lavorate. Si va da pochi centimetri a diversi micrometri. Più del 60% della massa TGL è rappresentata da una frazione inferiore a 1 mm (Tabella 1.2).

Riso. 1-2. Schema della struttura della lignina idrolitica

La densità di TGL varia da 1,3,5-1,4 g/cm 3 . Il THL è una sostanza idrofila che può gonfiarsi in acqua e altri solventi più o meno allo stesso modo della cellulosa e dell'emicellulosa. La superficie specifica del legno e dei suoi componenti in stato di rigonfiamento è caratterizzata dai seguenti dati (m 2 /g): lignina nativa - 180-280, legno - 215, lignina - 177, cellulosa - 164, cellolignina - 152.

Grazie alla sua struttura porosa sviluppata, TGL ha spiccate proprietà di assorbimento. Si è così notata la capacità del THL di assorbire vapori di solventi organici, fenoli, ecc.. Ciò determina anche la tendenza del THL a subire processi di adsorbimento e rigonfiamento fisico. Secondo i dati, il grado massimo di assorbimento del vapore acqueo a saturazione per il THL essiccato è 110-120 mg/g.

Tabella 1.2. Dispersione di THL

Le proprietà strutturali e meccaniche del TGL dipendono in modo significativo dal contenuto di umidità, dalla dispersione, dalla pressione esterna e da altri fattori. Sotto l'influenza dei carichi meccanici, si verifica una compattazione volumetrica della massa del materiale, un aumento del numero di contatti tra le particelle e, di conseguenza, un rafforzamento della sua struttura strutturale. La cosa più importante nel processo di stampaggio TGL è la sua umidità, che determina la pressione di pressatura. Pertanto, quando si granula il TGL negli stampi, dove si sviluppa una pressione di circa 2,5-3,0 MPa, per creare la struttura più duratura del granulo, l'umidità dovrebbe essere di circa il 50%, e quando si bricchetta su presse ad alta pressione a 100-120 MPa , TGL dovrebbe contenere il 10-18% di umidità per massa di lavoro.

Pertanto, tenendo conto delle proprietà fisiche e meccaniche del TGL, in quanto sistema multifase polidisperso in grado di strutturarsi a un determinato contenuto di umidità, pressione di pressatura e dispersione, è possibile determinare la tecnologia per la sua agglomerazione al fine di ottenere prodotti lignei agglomerati con le caratteristiche specificate proprietà richieste dal consumatore.

Quando si ottiene il carbone dall'agglomerato TGL, si dovrebbe tenere conto della presenza di una struttura tridimensionale già pronta, che può essere utilizzata direttamente durante la pressatura meccanica e, sotto l'influenza termica, costruita fino a una struttura profondamente aromatizzata del carbone.

Quando si valuta il THL come materia prima per l'industria chimica, si dovrebbe tenere presente la capacità della sua polimolecola di subire una degradazione ossidativo-idrolitica. Nonostante il duro trattamento acido, il THL contiene un numero significativo di gruppi idrossido fenolico e alifatico reattivi ed esterificati e carboni non sostituiti di unità di lignina fenilpropano. A questo proposito, la lignina interagisce facilmente con i reagenti elettrofili con l'introduzione di ulteriori gruppi ionogeni nella molecola e subisce anche la scissione ossidativo-idrolitica in ambienti acidi e alcalini. Pertanto, come sottolineano gli autori, una delle direzioni principali per l'elaborazione del THL dovrebbe essere la sua modifica.

Inoltre, la presenza nella struttura del THL di un numero significativo di gruppi idrossido ed etere determina la sua capacità di formare chelati con la formazione di legami idrogeno intramolecolari. Tali prodotti possono essere considerati compositi attivi nella produzione di polimeri.

1.2. SMALTIMENTO INDUSTRIALE TGL

Attualmente sono state identificate tre direzioni principali per l'uso industriale dei TGL: nella loro forma naturale senza e dopo lavorazione meccanica, attraverso trattamenti termici e chimici. La maggior parte della lignina idrolizzata viene utilizzata come combustibile per caldaie, il che è estremamente irrazionale. Pertanto, di seguito verranno fornite le modalità più promettenti per utilizzare questa preziosa materia prima per molti settori dell'economia nazionale.

1.2.1. Lavorazione chimica del TGL

Una direzione molto promettente per l'uso del THL è quella associata alle sue trasformazioni chimiche. Negli ultimi anni sono state condotte numerose ricerche e lavori pilota per creare una tecnologia per il trattamento chimico della lignina.

Poiché il THL è un polimero naturale, la ricerca principale mirava a trovare modi per modificarlo al fine di ottenere, senza distruzione, strutture preziose simili per composizione e proprietà a gruppi di sostanze che possono essere utilizzate senza previa separazione. Ciò rende più facile trovare consumatori su larga scala di prodotti di distruzione.

Tra i vari metodi per la distruzione della lignina, il più economico e promettente è la sua ossidazione, che porta alla rottura dei legami C-O e C-C e all'arricchimento dei frammenti appena formati con gruppi funzionali contenenti ossigeno.

Un cambiamento significativo nella composizione chimica della lignina e il conferimento di nuove proprietà è possibile attraverso la sua co-condensazione con vari polimeri oligomerici, nonché quando si producono polimeri in presenza di lignina come substrato. È indicato che tali metodi di modifica della lignina forniscono la creazione di materiali con proprietà controllate.

La combinazione delle proprietà polimeriche ed elettrolitiche nelle lignine apre nuove possibilità per la modifica mirata ottenendo complessi polielettrolitici, che aumentano, ad esempio, l'efficacia dell'azione dei ligninsolfonati sui sistemi dispersi (plastificanti del cemento, formatori della struttura del suolo). È stato inoltre dimostrato che la polifunzionalità propria della lignina e l’introduzione di nuovi gruppi funzionali rendono possibile il suo utilizzo non come riempitivo passivo per miscele polimeriche, ma come componente attivo delle polveri da pressa nella produzione di materie plastiche.

Di grande interesse sono gli studi sull'uso della lignina, comprese quelle modificate, come componenti di composizioni polimeriche contenenti sostanze biologicamente attive, ad esempio erbicidi, insetticidi, enzimi, ecc.

La scelta della direzione per il trattamento chimico del THF dovrebbe essere determinata tenendo conto di una serie di fattori. Innanzitutto l'efficienza economica del processo, la stabilità e la disponibilità dei reagenti per modificare la lignina e la loro tossicità. Allo stesso tempo, il processo dovrebbe essere semplice dal punto di vista dell'organizzazione delle attrezzature tecnologiche e del rispetto dei requisiti ambientali.

Nell'industria dell'idrolisi, in condizioni pilota o industriali, sono state utilizzate tecnologie per la lavorazione chimica della lignina, come la produzione di nitrolignina, colloctivite (carboni schiarenti, sali di ammonio di acidi policarbossilici, fertilizzanti lignostimolanti). Sono in fase di progettazione schemi per la produzione di demineralizzatori e demulsionanti dell'olio, stabilizzanti per soluzioni speciali, ingredienti per composizioni di composti ad alto peso molecolare, prodotti fitosanitari, assorbenti, ecc.

La tecnologia per la produzione di nitrolignina - un prodotto di nitrazione e ossidazione del THL con acido nitrico all'8-10% a 40-50 °C - è stata sviluppata presso l'Istituto di chimica organica dell'Accademia delle scienze dell'URSS.

La nitrolignina viene utilizzata nell'industria del petrolio e del gas come regolatore attivo delle proprietà strutturali e meccaniche delle soluzioni di argilla durante la perforazione di pozzi petroliferi invece di preparati sintetici come PFLKh-1 e UshchR. L'uso della nitrolignina durante la perforazione può ridurre significativamente i costi di alcali, reagenti e agenti di ponderazione, migliorare le condizioni di lavoro dei perforatori e ottenere anche un effetto economico significativo. Inoltre, la nitrolignina può essere utilizzata come agente abbronzante, riempitivo, vaporizzatore e riduttore di viscosità nell'industria del cemento e dell'edilizia.

Esistono due metodi per produrre nitrolignina: secco e umido. Utilizzando il metodo umido, la nitrolignina si ottiene per ossidazione e nitrazione del TGL con una miscela nitro contenente 8-10% di acido nitrico e 2-4% di acido solforico. Secondo il metodo a secco, più produttivo, il TGL viene trattato con acido nitrico concentrato o melange sotto agitazione. La qualità del prodotto fabbricato soddisfa i requisiti di MRTU 59-11-69.

Per migliorare le proprietà della nitrolignina e conferirle la capacità di dissolversi in acqua, è stata sviluppata e implementata una tecnologia per la produzione di un nuovo prodotto: l'igetan. Questo prodotto è un riduttore attivo di viscosità per soluzioni di argilla; è più comodo da usare poiché è in grado di dissolversi in acqua. Questo effetto si ottiene mediante un'ulteriore ossidazione della nitrolignina con una miscela di alcali e ossigeno atmosferico. In questo caso si verifica la distruzione della macromolecola nitrolignina e compaiono nuovi gruppi funzionali ionogeni.

La tecnologia per la produzione di igetan consiste nel mescolare nitrolignina con un contenuto di umidità non superiore al 60% in un reattore per speck con soda fornita in una quantità pari al 30% rispetto alla nitrolignina originale. L'Igetan viene prodotto sotto forma di pasta con una resa del 97-98% in nitrolignina.

La nitrolignina è un prodotto intermedio per la produzione di un altro tensioattivo: sunil. Questo prodotto si forma per solfonazione della nitrolignina con idrosolfito di sodio a pH = 8 per 6 ore a 85-93°C 1. At. In questo caso, i gruppi nitro vengono ridotti a gruppi amminici e vengono introdotti anche gruppi solfo, che garantiscono la solubilità del sunil in acqua. Sunil non presenta vantaggi significativi rispetto alla nitrolignina, è molto più costoso e quindi il suo utilizzo nell'industria è stato limitato.

Un esempio di tecnologia efficace sarebbe la produzione di collactivite, un adsorbente attivo simile nelle sue proprietà al carbone attivo di grado B. Lo schema per la produzione della collettivite è mostrato in Fig. 1-3.

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È. 1-3. Schema tecnologico per la produzione di collettivite:

1– bunker; 2 – coclea; 3 – bilancia dosatrice; 4 – reattore; 5 – elettrovalvola; 6 – relè orario; 7 – asta dosatrice per oleum; 8 – apparecchio con agitatore; 9 – pompa; 10 – filtro al quarzo; 11, 12, 14 – collezioni; 13 – mulino a palle; 15 – filtrare.

Il TGL, essiccato al 18-20% di umidità, viene alimentato nella tramoggia 1, dalla quale la coclea 2, attraverso una scala dosatrice 3, entra nel reattore 4. Anche qui l'oleum viene fornito dal serbatoio di misurazione 7. Utilizzando una valvola elettromagnetica 5 e un temporizzatore relè 6, l'approvvigionamento preciso di oleum è regolato in relazione alla lignina assolutamente secca. La temperatura all'inizio della reazione sale a 180 – 190 °C. Dal reattore 4, la massa entra nell'apparato con agitatore 8, in cui viene creato un cuscino di acido solforico al 40-45% dalla raccolta 11. Successivamente la sospensione di collattite acida viene alimentata dalla pompa 9 al filtro in quarzo 10, dove il prodotto viene lavato con acqua demineralizzata fino a quando il contenuto di acido nell'acqua di lavaggio raggiunge lo 0,2%. La sospensione di collattite lavata (sospesa al 20-25%) viene raccolta nel collettore 12, da dove la pompa 9 viene inviata per la macinazione nel mulino a sfere 13 fino ad una granulometria di 10-100 micron e quindi nel collettore 14. La sospensione finita viene fornita al i laboratori di idrolisi o xilitolo e, se necessario, per il filtro 15.

Collaktivite viene prodotto sotto forma di sospensione o pasta contenente il 15–40% di sostanza secca. La sua resa secondo capitolato 59 – 80 – 75 è pari al 70% in peso di THL. Il principale consumatore di collactivite è l'industria dell'idrolisi, dove viene utilizzata per la purificazione degli sciroppi di xilosio, nonché in quelle industrie in cui è richiesta la chiarificazione del prodotto.

Anche le resine clorolignina e lignofenolo-formaldeide si ottengono mediante lavorazione chimica del THL. Il THL non solo è facilmente nitrabile, ma anche facilmente clorurato a 20 °C con soluzioni di cloro in CC1 4 e acqua clorata. In questo caso, la risultante cloro-lignina contiene fino al 30% di cloro.

La clorlignina può essere utilizzata con grande successo come sostituto degli agenti abbronzanti naturali, come adsorbente per l'estrazione di alcune sostanze delle terre rare dalle soluzioni di rifiuti industriali. Questo utilizzo della clorolignina, un reagente accessibile ed economico, è molto promettente, poiché i tannini sono molto scarsi e costosi.

La clorlignina può essere utilizzata anche come riduttore attivo di viscosità per i fluidi di perforazione utilizzati per il lavaggio dei pozzi e per il miglioramento delle condizioni delle loro pareti. A dosaggi appropriati, la clorolignina può proteggere i fluidi di perforazione dalla coagulazione da parte dei sali minerali. Questa proprietà lo rende un reagente molto prezioso durante la perforazione in sezioni geologiche con acque di formazione ad elevata mineralizzazione. Può anche essere utilizzato come reagente di flottazione nella pratica di arricchimento durante la flottazione inversa di minerali di metalli pesanti. Inoltre, la cloro-lignina conferisce ai tessuti tecnici resistenza biologica e agli agenti atmosferici.

Lo schema per la produzione della clorolignina è mostrato in Fig. 1-4.

Fig.1-4. Schema tecnologico per la produzione di clorolignina:

1– reattore; 2 – rotametro; 3 – bunker; 4 – coclea; 5 – filtro putsch; 6 – fusti di compensato.

La produzione delle resine lignofenolo-formaldeide si basa sulla condensazione del TGL con il fenolo. La resina termoindurente risultante è adatta per la produzione di polveri per pressa nell'industria delle materie plastiche. Nelle sue proprietà assomiglia alle resine fenolo-formaldeide del tipo novolacca. Per indurirlo si introduce esagono al 14%; il processo di indurimento avviene ad una temperatura di 160°C e termina dopo 60-75°C.

La formazione di nuovi gruppi contenenti fenolo mediante condensazione della lignina con fenolo è spiegata dall'apertura degli elementi strutturali dell'etere benzilico ciclico della lignina. Ciò è confermato dai risultati di uno studio sull'interazione del fenolo con un dimero modello - deidrodiisoeugenolo, quando avviene l'apertura dell'anello cumaranico e la formazione di un gruppo fenolico:

Nella prima fase si forma il chinone meditato A, che reagisce ulteriormente con il fenolo. Il fenolo può essere aggiunto sia nella posizione o che nella posizione -, cioè si formano prodotti isomerici.

Il metodo per produrre resine lignofenolo-formaldeide è stato sviluppato da Okun et al. Nel processo a due stadi proposto in presenza di catalizzatori acidi (TGL ha sostituito il 30-40% di fenolo), avviene prima la condensazione di fenolo e lignina, quindi la condensazione del fenolo lignina e formaldeide risultanti. Per ottenere resine novolacca la quantità di formaldeide deve essere inferiore al fenolo. I rapporti fenolo:formaldeide generalmente accettati sono 1,1:1 e 1,3:1.

L'uso di una quantità maggiore di formaldeide rispetto al fenolo in presenza di un catalizzatore acido porta alla formazione di una resina di tipo resitolo, che dopo un certo tempo perde la capacità di sciogliersi e dissolversi.

Le caratteristiche fisico-chimiche delle resine risultanti soddisfano i requisiti di GOST per la pulverbakelite.

Per testare l'effetto delle resine fenolo-formaldeide sulla resistenza dei prodotti realizzati con polveri da pressa contenenti diverse quantità di lignina tecnica, sono state prodotte parti standard e sottoposte a test meccanici standard (Tabella 1.3). Le polveri per pressa avevano la seguente composizione (parti in peso): resina novolacca - 50, farina di legno - 50, metenamina - 14, acido oleico - 3. I risultati delle prove meccaniche sono riportati nella tabella. 1.3.

Dai dati in tabella. 1.3 ne consegue che le proprietà meccaniche delle resine lignofenolo-formaldeide studiate non hanno prestazioni inferiori alle resine commerciali e pertanto possono essere utilizzate nella produzione di polveri per pressa convenzionali.

Tabella 1.3. Proprietà meccaniche delle resine lignofenolo-formaldeide

1.2.2. Applicazione di TGL come riempitivo

Come accennato in precedenza, il TGL può essere utilizzato come riempitivo per materie plastiche anziché quelli tradizionali: farina di legno, fuliggine, ecc. Per questo, la lignina idrolitica commerciale deve avere le seguenti proprietà: contenuto di umidità fino al 10%, contenuto di ceneri fino al 5% e presentano uniformità granulometrica (dimensione delle particelle circa 150 µm). La farina di lignina dovrebbe avere una reazione leggermente acida o neutra. Le principali aree di applicazione della farina di lignina: industria chimica (plastica fenolica), produzione di pneumatici, prodotti in gomma, materiali da costruzione (linoleum), ecc.

Uno dei requisiti della farina di lignina è il suo basso contenuto di umidità. Raggiungere un contenuto di umidità pari a TGL prima della macinazione fine presenta una certa difficoltà tecnologica. È più allettante combinare l'essiccazione con la macinazione. Tuttavia, questo processo complesso non sempre ripaga quando si macinano materiali plastici e ad alta umidità. Attualmente è stato sviluppato e viene utilizzato un metodo di essiccazione a getto e macinazione di TGL (Fig. 1-5).

Riso. 1-5.Schema tecnologico per la produzione della farina di lignina:

1, 13, 15 – bunker; 2 – nastro trasportatore; 3 – ricevitori magnetici; 4 – vaglio vibrante; 5 – trasportatore per la rimozione della lignina grossolana; 6 – trasportatore; 7 – coclea; 8 – camera di miscelazione del mulino a getto di vapore; 9 – separatore; 10 – valvole antiscoppio; 11, 14 – cicloni; 12 – scrubber ad umido; 16 – alimentatore; 17 – unità di imballaggio; 18 – scale; 19 – magazzino; 20 – pompa lavapavimenti; 21 – aspiratore fumi; 22 – soffiatore.

La lignina umida proveniente dallo scarico, dopo aver subito la separazione, viene immessa in un mulino a getto in controcorrente, dove viene catturata su entrambi i lati da flussi di vapore surriscaldato ad una temperatura di 400 °C e una pressione di 0,7 MPa. Nella camera di miscelazione del mulino, quando i flussi di lignina si scontrano, questa viene essiccata e frantumata.

Secondo i dati sperimentali, i tassi di consumo e i costi energetici per la produzione di 1 tonnellata di farina di lignina con un contenuto di umidità del 10% sono relativamente piccoli e sono: TGL (contenuto di umidità 65%) - 2,2 tonnellate, vapore surriscaldato - 10 GJ, potenza elettricità - 1,94 GJ, acqua di produzione – 25,2 m3.

La farina di lignina soddisfa anche gli standard della farina di legno in termini di dispersione. Pertanto, sostituendo il 30% della farina di legno n. 180, 140 e 100 con farina di TGL nei campioni di grado 01-010-86, hanno soddisfatto i requisiti del GOST pertinente in termini di indicatori fisici e meccanici.

Secondo la NPO Karbolit, la domanda di farina di lignina in tutto il paese da utilizzare come riempitivo per i composti fenolici di qualità 01-010-86 ammonta a 20mila tonnellate con un effetto annuo di diversi milioni di rubli. Tuttavia, l'uso del metodo del getto di vapore è associato alla difficoltà di alimentare la lignina nella coclea e alla rapida usura degli ugelli del getto di vapore.

Per migliorare il metodo ed eliminare le difficoltà, sono state condotte ricerche ed esperimenti pilota presso l'Istituto di economia nazionale di Irkutsk (IINH) e sono stati proposti numerosi schemi.

Nel primo schema, è stato proposto di effettuare uno screening diretto della frazione richiesta di farina di lignina, la cui quantità, come mostrato sopra (vedi Tabella 1.2), con una dimensione delle particelle inferiore a 0,2 mm è del 30 - 40%. Lo schema tecnologico (Fig. 1-6) prevedeva le seguenti operazioni. Il TGL, dopo la selezione preliminare delle frazioni maggiori di 10 mm, è stato essiccato fino a un contenuto di umidità del 3–10%. La classe inferiore a 0,16 mm è stata poi separata sul setaccio 016. La frazione di classe superiore a 0,16 mm veniva inviata o alla rifrantumazione e nuovamente restituita alla vagliatura con un setaccio da 0,16, oppure alla bricchettatura o alla combustione della lignina originale nel forno dell'unità di essiccazione.

Successivamente, la piccola classe raccolta di TGL è stata fornita attraverso la tramoggia di dosaggio 5 per la miscelazione nei canali 7, dove la polvere per pressatura marca 03-010-02 (K-18-2) è stata fornita in un certo rapporto attraverso la tramoggia di dosaggio 6. Il processo di plastificazione - miscelazione nei canali 7 è durato 20 minuti. La composizione della pressa finita dalla tramoggia 8 è stata fornita per la fabbricazione di prodotti. Sono state testate tre composizioni di stampa, che includevano i seguenti componenti:

Da queste composizioni sono stati realizzati campioni standard sotto un regime di pressatura vicino a quello adottato per la produzione di parti da materiali tradizionali: pressione di pressatura – 45,0 MPa, temperatura di processo – 160 °C, tempo di mantenimento sotto pressione – 1,0 min/mm. Quindi i campioni risultanti sono stati sottoposti a test standard, i cui risultati sono riportati nella tabella. 1.4.

Tabella 1.4. Risultati dei test su campioni di composizioni per pressa

1 – unità di essiccazione; 2, 8 – bunker rispettivamente per la lignina e la composizione della pressa; 3 – alimentatore; 4 – ruggito; 5, 6 – tramogge di dosaggio rispettivamente della polvere di pressatura e della lignina; 7 – corridori; 9 – premere

A causa dell'aggiunta di TGL alla polvere per pressa di grado 03-010-02 nella composizione della pressa risultante, il consumo specifico di altri componenti può essere ridotto (Tabella 1.5).

Tabella 1.5. Ricette della polvere per pressa marca 03-010-02 e composizioni per pressa [% (in peso)]

Una significativa riduzione del consumo specifico di componenti costosi come resina e farina di legno dovuta all'introduzione di TGL riduce il costo totale del materiale della pressa. Poiché la polvere da stampa di grado 03-010-02 è attualmente ampiamente utilizzata per la produzione di prodotti in plastica per uso domestico, una diminuzione dei suoi costi influisce notevolmente sulla redditività delle imprese.

L'uso di TGL amplia la base di materie prime dei materiali per presse e aumenta l'efficienza economica della produzione. Con il risparmio, come mostrano i calcoli risparmiando 50 rubli per 1 tonnellata di composizioni per pressa contenenti il ​​20% (in peso) di TGL, l'effetto economico totale sull'intero volume dei prodotti realizzati con la marca di polvere per pressa 03-010-02 sarà diverso milioni di rubli all'anno.

Il secondo schema, sviluppato per la produzione di farina di lignina, prevede una riduzione preliminare dell'umidità del TGL fino al raggiungimento di uno stato di lignina facilmente mobile (libero flusso) prima del caricamento nei trasportatori a coclea di un mulino a getto di vapore. Per ridurre i costi del processo di essiccazione, è stato sviluppato e testato un filtro elettroosmotico, caratterizzato dall'esposizione simultanea del materiale disidratato a un campo elettrico costante in modalità effetto osmotico, pressione meccanica e vuoto.

Come risultato dei test, sono stati determinati i parametri di processo ottimali: densità di corrente nell'intervallo 0,02–0,05 A/cm2, pressione di pressatura 1,0–1,5 MPa. In questa modalità, la velocità di filtrazione aumenta di 3-5 volte rispetto a quella puramente disidratazione meccanica, l'umidità del TGL viene ridotta dal 75-65 al 45-35% (peso). È accertato che la disidratazione del TGL caldo, prelevato direttamente dalla pompa dopo essere stato “sparato” dall'apparato di idrolisi, è più attiva di quella del TGL raffreddato. La produttività del filtro, a seconda delle condizioni, è di 100-200 kg/(m2-h). Sulla base di questi risultati, è stato sviluppato e costruito un impianto pilota, che è un filtro elettroosmotico del tipo a trasportatore.

I test effettuati hanno confermato la promessa del nuovo metodo di disidratazione. L'efficienza del processo elettromeccanico è 2-3 volte superiore rispetto al processo termico di essiccazione della lignina.

L'IINH ha svolto un lavoro per trovare metodi termici più efficaci per l'essiccazione del TGL, che possono essere utilizzati sia nella prima fase di essiccazione della lignina, ad esempio, prima di alimentare la TGL in un getto di vapore o in un mulino a pozzo, sia nella seconda (finale) fase di essiccazione In questo modo è stato studiato il processo di essiccazione della lignina in una camera a vortice sviluppata dall'Istituto dei combustibili fossili (IGI) e in un essiccatore a vibrazione presso VNIIMT (VNII of Metallurgical Heat Engineering).

R
È. 1-7. Schema hardware di un impianto pilota a due stadi per l'essiccazione TGL:

1 – trasportatore; 2 – ruggito; 3, 3a, 3b – coclee; 4, 4a – camere a vortice del primo e del secondo stadio; 5, 5a – coclee del torrente periferico; 6, 6a – coclee del torrente centrale; 7, 7a – cicloni del primo e del secondo stadio; 8 – ciclone batteria; 9 – soffiatore gas caldo; 10 – soffiatore; 11 – focolare; 12 – pressa a rulli

Per la prima volta nella pratica della lavorazione del TGL, i dipendenti dell'Istituto di Chimica Inorganica e dell'IGI, sotto la guida di P. Z. Shubeko, hanno svolto lavori sperimentali sull'essiccazione del TGL presso gli stand dell'impianto di Coke e Gas di Mosca. Come risultato di studi sperimentali, sono state sviluppate modalità tecnologiche di essiccazione profonda utilizzando schemi a uno e due stadi e sono state fornite raccomandazioni di progettazione per la costruzione di impianti pilota e industriali per l'essiccazione del TGL in camere a vortice.

Lo schema di un'installazione a due stadi è mostrato in Fig. 1-7. Il TGL iniziale dal trasportatore 1 attraverso il vaglio 2 viene fornito alla coclea 3 con un ripper e da lì alla prima fase di essiccazione nella camera a vortice 4, dove il liquido di raffreddamento viene utilizzato ad una temperatura di 600-700 ° C. L'essiccazione finale del TGL viene effettuata nella camera 4a del secondo stadio. Parte della miscela vapore-gas viene pompata nella soffiante di gas caldo 9 per essere ricircolata nel forno 11, mentre parte di essa dal ciclone di secondo stadio 7a, dopo il post-trattamento nella batteria di cicloni 8, viene scaricata in atmosfera. La polvere di lignina raccolta viene fornita per la combustione nel forno 11 e la lignina essiccata viene fornita per la bricchettatura nella pressa 12.

Il tasso di consumo di lignina con un contenuto di umidità iniziale del 65% per produrre materiale essiccante con un contenuto di umidità del 12%, tenendo conto dell’uso della polvere di lignina, era di 2,8–3,0 t/t. Il consumo specifico di gas per asciugare 1 kg di TGL iniziale a una temperatura del liquido di raffreddamento di 600°C è 2,8 m3/kg*, a 700°C - 2,3 m3/kg (il volume del gas è normalizzato alle condizioni normali). Il consumo di polvere di lignina essiccata con un potere calorifico di circa 23 MJ/kg e un'efficienza del forno di 0,9 per ottenere il refrigerante è stato di 0,114 kg/kg di lignina iniziale.

Gli studi di progettazione effettuati hanno dimostrato che quando si utilizza un refrigerante a 700°C per un impianto con una capacità di 2,3-2,7 t/h per l'essiccazione al 12% di umidità, camere a vortice con un diametro di 0,675 m e una lunghezza di 3,5 m ( insieme ad una voluta) può essere utilizzato ). Il costo di capitale per la costruzione di un impianto del genere ammonta approssimativamente a 135 mila rubli e il costo di essiccazione è di circa 3,5 rubli/t di materiale essiccante. Con l'aumento della produttività delle camere a vortice a 8 e addirittura a 16,6 t/h (per l'essiccazione), il loro diametro aumenta principalmente a 1,2 - 1,5 m (a 8 t/h) e a 1,8 - 2,0 m (a 16,6 t/h), e la lunghezza delle camere rimane costante e sarà di 2,5 - 3,0 m comprese le lumache. I costi di capitale specifici per la costruzione di grandi essiccatoi industriali di questo tipo diminuiranno da 7 a 5 - 4 rubli/t di materiale essiccante e il costo di essiccazione a 2 rubli/t di materiale essiccante.

Tabella 1.6. Indicatori tecnologici comparativi delle camere a vortice

Riso. 1-8. Schema di un impianto di essiccazione vibrante da banco:

1 – alimentatore a dischi; 2 – essiccatore vibrante; 3 – gasdotto; 4 – condotta dei fumi; 5 – telaio di installazione; 6 – camera di combustione.

In termini di parametri di essiccazione, principali indicatori tecnologici e tecnico-economici, le camere a vortice presentano un chiaro vantaggio rispetto agli essiccatori pneumatici a gas e ai mulini ad albero, come segue dai dati comparativi presentati nella tabella. 1.6.

L'IINH, insieme al VNIIMT, hanno condotto ricerche e test al banco sull'essiccazione del TGL negli essiccatori a vibrazione, sulla base dei quali è stato progettato un impianto per produrre 2 t/h di lignina secca. Questa installazione presenta vantaggi rispetto agli essiccatori a gas in quanto elimina il contatto diretto del TGL altamente reattivo finemente disperso con il refrigerante.

Per lo studio è stato utilizzato un impianto pilota (Fig. 1-8) dell'impianto sperimentale VNIIMT, progettato per l'essiccazione ad alta temperatura di vari materiali dispersi utilizzati nell'industria metallurgica.

L'essiccatore a vibrazioni (Fig. 1-9) è realizzato sotto forma di un albero rettangolare di 150x120 mm, in cui sono disposti a scacchiera 180 tubi con un diametro di 20 mm e uno spessore di parete di 1,5 mm. Ci sono 36 livelli di altezza del fascio tubiero, con tre tubi ciascuno. Il passo trasversale dei tubi è 80, longitudinale - 20 mm. L'altezza del fascio tubiero è di 1400 mm, l'area della superficie riscaldante esterna di un tubo è di 0,961 m2. Il corpo dell'albero e i tubi sono realizzati in acciaio legato 1Х18Н9Т.

Riso. 1-9. Essiccatore a vibrazioni:

1 – albero di asciugatura; 2 – sospensione a molla; 3 – vibratore.

Per eliminare il vapore generato durante l'asciugatura, le due pareti laterali dell'albero dell'essiccatore sono realizzate sotto forma di griglie a feritoie. Il vapore viene raccolto in collettori posti nella parte superiore dell'essiccatore su entrambi i lati e da lì rilasciato nell'atmosfera. Per fornire vibrazioni controllate, che non solo intensificano il processo, impediscono alle particelle di aderire tra loro e formare grumi, ma aumentano anche il trasferimento di calore dalla superficie riscaldata allo strato di lignina, sono stati utilizzati vibratori meccanici azionati da un motore elettrico CC. Per evitare la trasmissione di vibrazioni al telaio di installazione, l'albero è sospeso su quattro molle.

L'agente essiccante - i gas di combustione generati dalla combustione del gas naturale nella camera di combustione - passa all'interno dei tubi compiendo sei giri. Il movimento dei gas di combustione e del materiale avviene secondo uno schema in controcorrente incrociato.

La lignina umida viene immessa nella tramoggia della materia prima, quindi entra in un essiccatore vibrante, dove viene riscaldata ed essiccata. Il TGL essiccato viene inviato ad un ricevitore chiuso tramite un alimentatore a dischi con velocità di rotazione regolabile. Per misurare la temperatura del materiale, dei gas e delle pareti dei tubi dell'essiccatore vibrante, vengono installate termocoppie cromel-alumel. Inoltre, l'impianto è dotato di strumenti di controllo e misurazione per misurare il flusso d'aria, i gas di scarico, il gas naturale, il vuoto nell'aria e i condotti del fumo, nonché per determinare la composizione dei gas. Per misurare il contenuto di umidità del materiale che passa attraverso il dispositivo di scarico della miniera, è stato installato un misuratore di umidità Neutron-3.

Durante gli esperimenti è stata utilizzata la lignina con un contenuto di umidità iniziale del 60-65%. La produttività specifica media di un essiccatoio a vibrazione è di 2 t/m3.

Il parametro operativo determinante durante le sperimentazioni è stata la temperatura dei fumi, che all'ingresso dell'essiccatore vibrante variava da 410 a 610°C. Come hanno dimostrato i test, a una temperatura così elevata dei gas riscaldanti non si sono verificate deviazioni dal normale funzionamento dell'essiccatore, né casi di accensione della lignina. La temperatura dei gas di scarico dopo l'essiccatore variava da 170 a 270°C, mentre il contenuto di umidità finale della lignina raggiungeva il 22% ad una temperatura di riscaldamento di 90-100°C. Sulla base dei risultati degli esperimenti, sono stati determinati i parametri tecnici termici dell'essiccazione della lignina in un essiccatore a vibrazione tubolare (Tabella 1.7).

A causa della bassa temperatura dei fumi in uscita dall'essiccatore, le perdite di calore sono contenute e mediamente pari al 35,8%; mentre l'efficienza termica è del 44,4%. Come risultato dell'elaborazione dei dati sperimentali è stato calcolato il coefficiente di scambio termico dai gas di scarico al materiale. Era piuttosto alto e aveva una media di 47,22 W/(m2-°C). L'intensità dell'umidità evaporata dell'essiccatore ha raggiunto una media di 22 kg/(m2-h), ovvero 817 kg/(m3-h), il che indica un'efficienza relativamente elevata del suo funzionamento. Il contenuto di umidità finale piuttosto elevato della lignina (22%) è dovuto alla piccola superficie riscaldante dei tubi e al tempo di permanenza insufficiente della lignina nel pozzo di essiccazione. I risultati degli studi hanno mostrato la possibilità di utilizzare un essiccatore a vibrazione per la disidratazione della lignina e hanno permesso di fornire i primi dati per la progettazione di un impianto pilota. Pertanto, VNII Energotsvetmet ha completato un progetto tecnico per un essiccatore vibrante da miniera, le cui caratteristiche sono riportate di seguito:

Produttività unitaria per la lignina secca, 2

Contenuto di umidità della lignina, %:

Iniziale 50-65

finale 8-12

Consumo di liquido di raffreddamento: gas a norma, convenzionale, 8000

Vuoto, Pa (mm colonna d'acqua):

in ingresso all'essiccatore 147 (15)

all'uscita dell'essiccatoio 3430 (350)

Temperatura della lignina prima dello scaricatore, °C 100

Ampiezza di vibrazione, mm 0,3

Lavoro con vibrazioni, Hz 20

In questa unità di essiccazione il processo viene eseguito in modo abbastanza efficiente e praticamente senza perdita di lignina con i gas di scarico. Allo stesso tempo, non è necessario un sistema a ciclone, è garantito il rischio di incendio ed esplosione del lavoro, nonché le necessarie condizioni di lavoro sanitarie e igieniche.

Tabella 1.7. Parametri tecnici dell'essiccazione TGL in essiccatoio vibrante

1.2.3. Applicazione del TGL nella produzione della gomma

La presenza di gruppi funzionali attivi nella lignina tecnica ha portato ad interessarla come riempitivo attivo.

Il lavoro di vari autori, in particolare dei dipendenti dell'Istituto di tecnologia chimica di Dnepropetrovsk, ha mostrato la possibilità di utilizzare il THL in forma altamente dispersa, nonché sotto forma di preparati THL contenenti cloro e gruppi amminici. La presenza di questi gruppi ha un effetto modificante sulle proprietà delle gomme a base di gomma. La massima efficienza è tipica dei sistemi contenenti metilvinilpiridina, gomma nitrilica e clorolignina. Pertanto, quando si utilizzano parti in peso del 5 di clorolignina, parti del 100 in peso di gomma SKS-25 MVP-5, il modulo al 300% di allungamento aumenta del 17%, la resistenza alla trazione aumenta del 16% a 25 ° C e del 30% a 100° CON. Anche la resistenza alla temperatura della gomma e la sua resistenza alla deformazione ripetuta aumentano in modo significativo. I vulcanizzati a base di gomma nitrilica SK.N-40, modificati con clorolignina, hanno una resistenza superiore ai campioni di controllo.

L'uso della farina TGL nelle formulazioni di gomme di carcassa per pneumatici per auto in una quantità di 3-5 in peso, parti per 100 in peso, parti di gomma SK.I-3 consente di aumentare le proprie risorse rispetto a quelle di serie del 10-15 %.

È stata inoltre studiata l'influenza della farina di lignina idrolitica (HML) proveniente da vari settori sulle proprietà delle gomme per vari scopi. È stato stabilito che, indipendentemente dal tipo di materia prima (legno o piante annuali) e dal metodo di trasformazione del TGL grossolano umido in un prodotto secco in polvere, la farina di lignina presenta lo stesso effetto modificante sulle proprietà fisiche e meccaniche dei vulcanizzati e corrisponde a lignina solfatata secca altamente dispersa.

Sulla base di approfonditi test di laboratorio e di produzione della farina, si consiglia di utilizzare GLM in piccole quantità (5-15 peso, parti per 100 peso, quote di gomma) nelle formulazioni di gomma per pneumatici, prodotti in gomma e fondi di scarpe invece di scarse e ingredienti costosi (fuliggine bianca, riempitivo fibroso, lithopona, ecc.).

Di particolare interesse è l'uso del GLM nella produzione di pneumatici. L'uso della farina di lignina come additivo modificante consente di eliminare completamente la fuliggine bianca altamente carente del grado BS-120 dalla formulazione della gomma del telaio, a condizione che il prodotto soddisfi i requisiti tecnici sviluppati [% (in peso)]: umidità non più di 5,0, cenere non più di 6; pH dell'estratto acquoso - non inferiore a 3,0; il resto della vagliatura sul setaccio 01 K non è superiore a 0,02 (TU op. 59.022.32-85).

1.2.4. Applicazione del TGL nella produzione di materiali da costruzione

In letteratura sono descritti diversi studi sull'utilizzo del TGL per la produzione di materiali da costruzione (isolanti termici, materiali per coperture e rivestimenti, mattoni, cemento, argilla espansa, ecc.).

Già negli anni '50 VNIIgidroliza ha sviluppato una tecnologia per la produzione di lastre porose contenenti fino al 55% di TGL (su base assolutamente asciutta) per l'isolamento termico e acustico di pareti esterne, lastre semisolide per intonacature interne e lastre dure per rivestimento di pareti.

È stato effettuato uno studio sulle proprietà di isolamento termico dei materiali di TGL e delle sue composizioni con leganti come cemento Portland, cemento bianco, gesso e calce. Sono stati proposti tre metodi di utilizzo del TGL: come isolamento termico di riempimento, come isolamento pressurizzato e strutture in legno-cemento. È stata proposta una composizione di massa per la fabbricazione di prodotti per l'isolamento termico, composta da 35-60% di TGL, 15-35% di pasta di adobe polimerica e 15-30% di sabbia di argilla espansa. Gli stessi autori hanno proposto di utilizzare TGL per produrre materiale isolante termico a base di un legante bituminoso, basandosi sul fatto che TGL contiene un gran numero di gruppi chimici attivi che interagiscono facilmente con il bitume, formando legami stabili e resistenti all'ossidazione.

Sono state condotte ricerche nel campo della tecnologia di produzione di materiali compositi pressati utilizzando TGL come additivo attivo per segatura e plastificante, ad esempio, per la pavimentazione. È stato inoltre sviluppato un metodo per il calcolo della composizione delle composizioni che consente di controllare la qualità delle miscele di pressa. Sono state stabilite le prospettive per l'utilizzo di TGL come intensificatore per la macinazione del clinker nella produzione di cemento Portland. In questo caso la lignina ha un effetto plastificante sulla malta cementizia. La sua aggiunta non deve essere superiore allo 0,4% (per sostanza assolutamente secca). A causa dell'effetto aerante, TGL aumenta la resistenza al gelo del cemento. L’uso pratico diffuso della lignina nell’industria del cemento è ostacolato dalle difficoltà nel trasporto e nel dosaggio della lignina umida nei dispositivi.

NYIMS (Minsk) ha sviluppato una tecnologia per produrre un nuovo materiale di argilla espansa - agloporite, contenente fino al 20% di TGL sulla miscela totale. "L'elevata dispersione, la porosità sviluppata e la superficie interna del TGL determinano la sua distribuzione uniforme nella carica, ne aumentano la permeabilità ai gas, aumentando il tasso di sinterizzazione verticale della carica e la produttività degli impianti di sinterizzazione.

All'Accademia forestale di Leningrado dal nome. S. M. Kirov ha condotto ricerche sulla produzione di pannelli isolanti compositi resistenti al fuoco contenenti TGL. L'Istituto di ingegneria forestale degli Urali ha studiato la possibilità di utilizzare TGL come parte dei leganti fenolo-formaldeide nella produzione di pannelli truciolari (truciolari). Per ottenere leganti lignina-fenolo-formaldeide (LPF), è stato utilizzato TGL con un contenuto di umidità del 65%. Gli esperimenti hanno dimostrato che i pannelli basati su LFF soddisfano i requisiti dello standard per i pannelli truciolari P-3 e hanno una resistenza all'acqua superiore rispetto ai migliori campioni stranieri.

1.2.5. Applicazione del TGL per la produzione di farmaci anticorrosivi

Per le esigenze dell'economia nazionale è necessaria un'enorme quantità di convertitori di ruggine (PR), realizzati con materie prime accessibili ed economiche. Come hanno dimostrato gli studi teorici e l'esperienza pratica, il TGL può fungere da materia prima. Il prerequisito teorico per la creazione di PR a base di lignina idrolitica è la sua capacità di formare composti complessi con i metalli e, in particolare, con gli ossidi di ferro e suoi composti. La finalità delle sintesi effettuate è associata alla modifica della macromolecola della lignina, portando ad un aumento del numero di gruppi funzionali attivi e facilitando l'introduzione di gruppi amminici.

Sulla base della lignina idrolitica modificata sono stati sviluppati e prodotti due tipi di convertitori di ruggine: PRL - acido liquido e PPR - polvere di natura basica. Il convertitore di ruggine PRL-2, se applicato sul metallo, agisce come convertitore non solo della ruggine, ma anche del terreno su cui vengono applicati rivestimenti protettivi e vernici. La trasformazione della ruggine in prodotti stabili e insolubili in acqua avviene in circa 24 ore.Test a lungo termine hanno dimostrato che PRL-2 è un agente efficace ed economico nella lotta contro la corrosione. Questi farmaci hanno trovato ampia applicazione in vari settori dell'economia e della tecnologia nazionale e sono stati introdotti in più di 40 imprese nel paese. L'effetto economico del loro utilizzo, a seconda della complessità della struttura metallica, è di 5-7 mila rubli. per 1 tonnellata di farmaco.

1.2.6. Applicazione del TGL nella produzione di prodotti medicali.

Le elevate proprietà di assorbimento del THL ne hanno predeterminato l'uso in medicina. Già negli anni '40 un preparato di lignina ottenuto da Scholler, chiamato Porlisan, è stato sottoposto a sperimentazioni cliniche con successo nel trattamento delle malattie intestinali.

Alla NPO "Gidrolizprom" la tecnologia del porlizan è stata migliorata, è stato creato un prodotto medico, al quale la commissione per la nomenclatura del comitato farmacologico del Ministero della Salute dell'URSS ha assegnato il nome polyphepan. Questo farmaco ha un'elevata capacità di assorbimento nei confronti delle cellule batteriche e delle tossine che secernono, sulla base della quale è stato approvato per il trattamento di pazienti con malattie del tratto gastrointestinale, accompagnate da disturbi dispeptici e tossicità generale. Pertanto, 1 g del farmaco assorbe fino a 7,3 milioni di batteri Escherichia coli, 1,9 milioni di bacilli e 17,7 milioni di embrioni simili al colera. Il processo di produzione del polifepane si basa sul trattamento alcalino del TGL al fine di purificarlo e aumentarne la capacità. Presso l'Istituto di Chimica del Legno dell'Accademia delle Scienze della SSR lettone sono stati ottenuti preparati medicinali “bilignine” a base di TGL. Non ripetono il polyphepan, poiché assorbono gli acidi biliari e le bettolipoproteine. I farmaci sono stati ottenuti modificando il THL con ammoniaca e ammine. Ciò ha permesso di aumentare la loro capacità di adsorbimento di 2 volte rispetto all'attività della sostanza originale.

1.3. APPLICAZIONE DEL TGL IN AGRICOLTURA

Gli studi hanno stabilito che i prodotti di distruzione della lignina formati nel terreno a causa dell'influenza microbiologica o applicati come fertilizzanti svolgono un ruolo fisiologico attivo nel metabolismo delle piante e dei microrganismi. In condizioni naturali, i processi descritti procedono a bassa velocità e anche la lignina dei residui vegetali inizia a decomporsi solo dopo un anno e mezzo. Pertanto, la lignina idrolitica che ha subito una condensazione acida ad alta temperatura ha una maggiore resistenza a questi effetti.

A questo proposito, è necessario effettuare la distruzione preliminare della lignina in sostanze a basso peso molecolare, che è accompagnata dalla formazione di ulteriori gruppi idrossilici e carbossilici e contribuirà ad aumentare l'attività della lignina come fertilizzante. Il lavoro in questa direzione è molto promettente, poiché ridurrà il tempo necessario per l’umificazione e trasformerà un gravoso rifiuto industriale in un prezioso prodotto commerciale, chiudendo il ciclo delle trasformazioni della lignina in natura.

Attualmente sono emerse le seguenti direzioni principali per l'uso della lignina in agricoltura: nella sua forma naturale, come componente di compost, sotto forma di prodotti di modifica o prodotti di distruzione.

Da molti anni vengono condotti approfonditi test sulla lignina idrolizzata nella sua forma naturale come fertilizzante organico, che hanno dimostrato che quando viene applicato da 7 a 30 t/ha (a seconda del tipo di terreno) in coltivazione autunnale, si ottiene si può ottenere qualche incremento nella resa, che, in particolare, per il cotone è di 1,2-1,8 q/ha.

L'effetto positivo della lignina si manifesta nel miglioramento delle proprietà fisiche del suolo e delle condizioni per lo sviluppo dei funghi saprofiti, creando uno strato superficiale sciolto che garantisce il normale scambio acqua-aria.

In molti casi la lignina può essere considerata non solo come un adsorbente poroso, ma anche come una sostanza capace di formare composti complessi con molti tipi di fertilizzanti. Queste proprietà sono di particolare importanza per trattenere i composti azotati nel terreno, che vengono rapidamente eliminati quando si utilizzano fertilizzanti minerali convenzionali.

Secondo i dati, in una miscela di THL con ammoniaca o urea, fino al 25% dell'azoto è sotto forma di solfato di ammonio. Il resto, secondo gli autori, è chimicamente associato alla lignina. Quando la lignina idrolitica si decompone nel terreno, l'azoto legato chimicamente si trasforma in una forma accessibile, che crea le condizioni per una nutrizione uniforme delle piante durante tutta la stagione di crescita.

I fertilizzanti a base di lignina idrolitica possono essere preparati trattandola con poltiglia post-lievito. In questo modo si ottiene la chiarificazione del mosto e l'arricchimento della lignina non solo con sostanze organiche, ma anche con azoto, fosforo e potassio: (NPK) - 0,33%; P205-0,07%; K20 - 0,05%. Test effettuati per diversi anni hanno dimostrato che questi fertilizzanti non sono inferiori nel loro effetto ai fertilizzanti torba-minerale ammonio e possono servire come fonte aggiuntiva di sostanze organiche.

Secondo N.V. Glushchenko, l'uso di lignina idrolitica miscelata con fanghi provenienti da impianti di idrolisi in una quantità di 2,5 t/ha ha dato un aumento della resa del 20%.

Più efficace è l'uso di fertilizzanti organo-minerali ottenuti dalla lignina idrolitica parzialmente decomposta durante il compostaggio con sali minerali, letame e azobatteri. Allo stesso tempo, il periodo di validità dei fertilizzanti minerali aumenta e l'effetto positivo si manifesta non solo nell'anno di applicazione, ma anche nei prossimi anni. Secondo Agrafuran i fertilizzanti lignocellulosici aumentano anche la durata di vita dei fertilizzanti solubili.

Da diversi anni la BSSR testa compost a base di lignina idrolitica e diverse sostanze (farina di fosforite, nitrato di ammonio, cloruro di potassio) in rapporti che dipendono dai compiti da svolgere. Dopo un invecchiamento di 2-3 mesi. il compost viene trattato con una soluzione acquosa di ammoniaca e applicato al terreno, il che aumenta la resa delle patate di 84 c/ha e della segale invernale di 4,2 c/ha rispetto alla resa ottenuta applicando una pari quantità di fertilizzanti minerali. Quando trattato con una soluzione acquosa al 25% di ammoniaca in lignina idrolitica, dall'1,5 al 6,6% di azoto viene legato chimicamente nelle forme di ammonio, immina, ammide e ammina.

Studi comparativi sulle proprietà fisiche dei fertilizzanti organo-minerali granulari complessi misti rispetto ai fertilizzanti minerali tricomponenti granulari complessi misti hanno dimostrato che sugli argille, sotto l'influenza di uguali quantità di acqua, il 28% dell'azoto viene eliminato da il primo e il 19,2% in meno di ossido di potassio rispetto al secondo. Pertanto, l'uso di compost utilizzando la lignina idrolitica è più efficace dell'uso del THL nella sua forma pura.

Un effetto ancora maggiore è stato ottenuto quando la lignina è stata decomposta dai funghi del marciume bianco prima di aggiungerla al terreno, così come la sua distruzione ossidativa con simultaneo arricchimento di azoto e microelementi. Particolarmente fruttuoso si è rivelato l'uso dell'ammoniaca e dei suoi derivati ​​come agente alcalino nella decomposizione ossidativa (distruzione) della lignina.

Di notevole interesse è lo sviluppo di nuovi metodi per la produzione di derivati ​​della lignina contenenti azoto in condizioni più blande. Numerosi studi sono dedicati alla produzione di sostanze biologicamente attive e fertilizzanti dalla lignina utilizzando ossidi di azoto, acido nitrico e estratto nitrato di fosforiti come agente ossidante, seguito da ammoniaca. Ciò si traduce in un fertilizzante simile all'humus ricco di azoto e fosforo. Come risultato della profonda ossidazione della lignina idrolitica con acido nitrico, sono state ottenute nuove sostanze biologicamente attive: gli acidi nitropolicarbossilici del chinone.

Sono state sviluppate le basi teoriche dell'ossidazione e della produzione e il processo tecnologico per la produzione dei sali di ammonio di questi acidi e del fertilizzante lignostimolante (LSU) è stato implementato su scala industriale pilota. Le dosi ottimali di applicazione sono 100-400 kg/ha, a seconda del tipo di terreno e di coltura. Test a lungo termine hanno dimostrato l’elevata efficienza dell’utilizzo dell’LSU.

L'esperienza nell'uso della lignina in agricoltura mostra che sulla sua base si possono ottenere quasi tutti i tipi di sostanze utilizzate per aumentare la resa: fertilizzanti, stimolanti, fungicidi, strutture, agenti complessanti, ecc.

1.4. BRICCHETTATRICE TGL

Con lo sviluppo dell'industria dell'idrolisi, il problema dell'utilizzo della lignina sta diventando sempre più urgente. La mancanza di lavorazione su larga scala della lignina può portare a un ritardo nello sviluppo della produzione di idrolisi. Inoltre, i costi di trasporto della lignina alle discariche e della loro manutenzione aumentano in modo significativo.

Il lavoro di numerosi autori ha dimostrato che una caratteristica distintiva è la capacità della lignina di trasformarsi in uno stato viscoplastico se esposta ad alta pressione - circa 100 MPa. Questa circostanza ha contribuito allo sviluppo di una delle aree promettenti della lavorazione TGL: la bricchettatura.

Ricerche e sviluppi pilota-industriali portati avanti dall'IINH. In questo caso si possono ottenere i seguenti prodotti bricchettati in legno:

bricchette lignee per sostituire i tradizionali agenti riducenti metallurgici del carbonio e lump charge nella produzione di silicio cristallino e ferroleghe;

bricchette combustibili senza fumo;

carbone di lignina bricchettato al posto del legno nell'industria chimica;

assorbenti di carbonio da bricchette lignee per la depurazione delle acque reflue industriali e l'estrazione di metalli pesanti e nobili;

bricchette energetiche da una miscela di lignina e grigliati di carbone.

Negli ultimi anni sono state prodotte circa 35mila tonnellate di bricchette lignee, che hanno trovato applicazione in vari settori della metallurgia ferrosa e non ferrosa e sono consigliate per la produzione industriale secondo TU 59-Sh-77. Dopo aver testato queste bricchette presso lo stabilimento elettrometallurgico di Chelyabinsk, sono state consigliate come agente riducente carbonioso per la produzione di ferroleghe di silicio.

Come risultato della ricerca volta a migliorare il processo di bricchettatura, è stata creata una bricchettatrice continua a rulli ad alta pressione (Fig. 1-10).

L'installazione comprende la pressa stessa 3 (Fig. 1-11), una vite di pressatura con azionamento 4, azionamento 2 per i rulli di pressatura, un sistema idraulico per pressare i rulli con un accumulatore idraulico, un'unità elettrica con un raddrizzatore a tiristori e un pannello di controllo.

Riso. 1-10. Bricchettatrice a rulli ad alta pressione con controllo flessibile dei parametri di pressatura:

1 – motore elettrico trascinamento rulli; 2 – riduttori; 3 – rulli formatori; 4 – azionamento della coclea prepressatrice; 5 – trasportatore di bricchette

Riso. 1-11. Schema di una bricchettatrice a rulli ad alta pressione;

1 – bunker di lignina; 2 – prepressore a coclea; 3 – rulli pressori; 4 – trasportatore; 5–corpo della pressa; b – pompa idraulica.

Una caratteristica distintiva della pressa è la capacità di regolare in modo flessibile tutti i parametri di pressatura, che ne consente l'utilizzo per la bricchettatura di materiali dispersi con un'ampia gamma di proprietà fisiche e meccaniche, ad esempio nelle officine di trattamento dei rifiuti delle industrie microbiologiche e metallurgiche, impianti di lavorazione chimica e del carbone, ecc.

Il controllo regolare della velocità di deformazione durante la compressione del materiale durante il periodo di pressatura è assicurato dall'utilizzo di un motore elettrico a corrente continua / per azionare i rulli formatori, la cui velocità è regolata dal pannello di controllo.

Un analogo motore elettrico aziona la coclea-prepressore 4, che consente di alimentare diverse quantità di materiale nelle celle di formatura dei rulli 3 e quindi di variare la pressione di pressatura. Inoltre, questo parametro viene regolato modificando la forza di pressione dei rulli utilizzando la pompa idraulica 6 (vedere Fig. 1-11). Utilizzando un accumulatore idraulico, è possibile spostare i rotoli, il che è particolarmente importante quando nel materiale bricchettato entrano grandi inclusioni estranee, che impediscono la rottura della pressa.

Un'altra caratteristica che facilita il funzionamento della pressa è che i pneumatici dei rulli formatori sono assemblati da segmenti separati. Su questi segmenti vengono macinate le cellule per formare bricchette, la cui dimensione e forma possono essere specificate su richiesta del consumatore. Di seguito le caratteristiche tecniche della pressa:

L'effetto economico annuale stimato della struttura, secondo l'istituto di progettazione, sarà di 108.538 rubli. rispetto alla pressa per bricchette di torba B-82-32.

1.4.2. Tecnologia di bricchettatura TGL

I parametri principali del processo di bricchettatura della lignina per ottenere bricchette resistenti, prive di leganti, grezze e pirolizzate comprendono la pressione di pressatura e l'umidità della lignina. È stato stabilito che per THL di una certa umidità esiste una propria pressione ottimale, che aumenta al diminuire del contenuto di umidità. Quindi, con un'umidità del 24%, la pressione ottimale è di 100 MPa e con un'umidità del 15, 10 e 6% è rispettivamente di 250, 350, 400 MPa. Nella fig. 1-12 mostra la dipendenza della resistenza delle bricchette dal contenuto di umidità della lignina a diverse pressioni di pressatura. La curva di resistenza massima (linea tratteggiata) consente di determinare facilmente il valore di pressione corrispondente ad una determinata resistenza e selezionare il contenuto di umidità della lignina ad una determinata pressione di pressatura per ottenere bricchette più durevoli.

È stato stabilito che la velocità di pressatura, la distribuzione granulometrica, la dimensione e la composizione chimica del materiale non hanno un effetto significativo sulla resistenza delle bricchette TGL. Inoltre, l'influenza di questi parametri è compensata dall'elevata pressione di pressatura (circa 100 MPa), necessaria per ottenere bricchette durevoli.

Le proprietà di bricchettatura della lignina dipendono fortemente dalla temperatura. Aumentando la temperatura della lignina essiccata e dello stampo a 150°C, le proprietà plastiche della lignina migliorano, il che rende possibile ottenere bricchette resistenti e resistenti all'acqua senza crepe a pressioni di pressatura significativamente inferiori rispetto alla bricchettatura “a freddo”. È stato inoltre riscontrato che l'introduzione di additivi minerali inerti non modifica la natura delle dipendenze funzionali ottenute durante la bricchettatura della sola lignina, ma riduce solo leggermente gli indicatori di resistenza assoluta, che rientrano nella tolleranza. Pertanto, per ottenere bricchette di legno standard, i seguenti parametri di bricchettatura TGL sono ottimali: pressione di pressatura 75-100 MPa, umidità della lignina 8-12%, dimensioni fino a 5 mm, temperatura di cottura 700 °C per bricchette di carbone legnoso e 350 °C per bricchette caricate, temperatura di cottura a velocità crescente 2°C/min.

Riso. 1-12. Dipendenza della resistenza dei bricchetti lignei dall'umidità del TGL:

1 – pressione di pressatura 450 MPa; 2 – lo stesso, 350 MPa; 3 – lo stesso. 250MPa; 4 – lo stesso, 150 MPa; 5 – lo stesso, 100 MPa; 6 – lo stesso, 50 MPa; 7 – lo stesso, 25 MPa.

Riso. 1-13. Schema tecnologico della bricchettatura TGL presso l'impresa di torba Mikhnevsky:

1 – deposito materie prime; 2 – nastro trasportatore; 3 – forno per ottenere il liquido refrigerante; 4 – coclea di carico; 5 – manica di caricamento; 6 – frantoio a martelli; 7 – essiccatoio da miniera tipo MMT; 8, 9 – cicloni; 10 – tramoggia essiccatore; 11 – pressa a rulli ad alta pressione; 12 – ruggito; 13 – ventilatore.

La possibilità di produrre bricchetti lignei in condizioni industriali è stata testata utilizzando l'esempio dell'acido solforico TGL e della cellolignina di varie aziende. Le prime prove ed esperimenti industriali furono effettuati utilizzando stampi ad alta pressione e presse a rulli.

Lo schema industriale per la bricchettatura della lignina (Fig. 1-13) prevedeva un essiccatore con mulino a pozzo MMT 7 con una capacità di lignina secca di 2 t/h. Le bricchette sono state prodotte sia dal solo TGL che da una carica comprendente TGL, sabbia di quarzo e concentrato di minerale di ferro. Durante il test, si è scoperto che l'odubina bricchette di cellolignina più facilmente dell'acido solforico THL. Pertanto, la velocità angolare di rotazione del precompressore a vite e dei rulli di pressatura durante la bricchettatura della cellolignina è stata aumentata di 2,5 volte; Allo stesso tempo, la forza della bricchetta rientrava nell'intervallo normale.

Nella produzione delle bricchette sono state utilizzate due forme di celle nelle bende. Utilizzando segmenti sostituibili, sono state ottenute bricchette di forma ovoidale e lenticolare. È preferibile la seconda forma di bricchette, ottenuta in bende pressate a rivolo dentato. In questo caso le bricchette sono più durevoli e, a parità di modalità di pressatura, si forma una minore quantità di fini non bricchettati. I vantaggi delle presse a rulli rispetto alle presse per timbri sono una maggiore produttività, un minor consumo di metallo e un consumo energetico specifico. Inoltre, la forma e le dimensioni delle bricchette prodotte sulle presse a rulli soddisfano pienamente i requisiti della lavorazione tecnologica.

La produzione di bricchette di lignina su scala industriale è stata organizzata anche nelle fabbriche di bricchette di torba. I test pilota effettuati hanno permesso di procedere alla produzione di bricchette di ligno su scala industriale presso un'impresa di torba dotata di un essiccatoio per miniera, presse per timbri e altre attrezzature di serie, che hanno confermato la possibilità di bricchettare la lignina idrolitica negli impianti di bricchette di torba . In questo caso, non è necessaria alcuna modifica delle apparecchiature tecnologiche installate nell'impianto di bricchette di torba, né la ristrutturazione del processo tecnologico. Le bricchette risultanti si distinguevano per proprietà ad alta resistenza: resistenza all'abrasione del 98% e resistenza alla caduta del 97%.

Riso. 1-14. Schema tecnologico per la produzione di bricchette lignee presso il BCP di Krasnodar:

1 – espressione; 2 – tamburo di asciugatura; 3 – tubo dell'essiccatore; 4 – tramoggia per lignina secca; 5 – forno di raffreddamento; 6 – pressa per bricchette

La produzione industriale di bricchette lignee viene effettuata secondo lo schema mostrato in Fig. 1-14. L'essiccazione della lignina in un negozio di lignobriquette viene effettuata utilizzando un liquido refrigerante ottenuto bruciando la lignina secca in una fornace Shersnev. I gas di combustione in uscita dal forno ad una temperatura di 1000-100°C vengono raffreddati nella camera di miscelazione dall'aria atmosferica e in parte dai gas di scarico che entrano nella camera attraverso un gasdotto di ricircolo. La temperatura di essiccazione iniziale è di 500-600 °C, la temperatura finale dell'agente essiccante all'uscita del sistema è di 100-110 °C.

La lignina grezza con un contenuto di umidità del 65-70% viene essiccata in due fasi nel tamburo di essiccazione 2 (diametro del tamburo 2,2 m, lunghezza 12 m) e nel tubo di essiccazione 3 (diametro 650 mm, altezza 25 m), dove l'essiccazione avviene al umidità richiesta (12-38%).

Lo svantaggio di questo processo tecnologico per l'essiccazione della lignina è l'elevata inerzia termica del tamburo di essiccazione.

Quando si organizza la bricchettatura TGL negli impianti di idrolisi, si dovrebbe tener conto delle reali possibilità di utilizzare il refrigerante disponibile per essiccare la lignina. Ad esempio, la presenza di gas naturale preclude l’uso della lignina per produrre refrigerante. Il vapore ad alti parametri disponibile nelle fabbriche consente l'uso di essiccatori a getto di vapore, mentre il vapore a parametri bassi consente l'uso di un essiccatore a vapore pneumatico (Fig. 1-15).

Riso. 1-15. Schema tecnologico per la produzione di bricchette da cellolignina utilizzando un essiccatore a vapore pneumatico:

1 – nastro trasportatore; 2, 5, 21 – bunker; 3– erogatore; 4 – trasportatore a tamburo; 6 – vite; 7 – iniettore; 8 – riscaldatore; 9 – soffiatore; 10 – essiccatori pneumatici; 11 – ciclone; 12 – gasdotto; 13 – aspiratore; 14 – frigorifero; 15 tubi; 16 – erogatore; 17 – tramoggia di stoccaggio; 18 – vibratore; 19 – bricchettatrice; 20 – trasportatore; 22 – carrozza.

La difficoltà maggiore nell'organizzazione della tecnologia di bricchettatura TGL è dovuta al fatto che la lignina proveniente dai ceppi è caratterizzata da un'umidità continuamente variabile compresa tra il 60 e il 70%. A questo proposito, per un'essiccazione stabile è necessario utilizzare, come ha dimostrato l'esperienza, l'essiccazione a due fasi. Tuttavia, l’utilizzo di un essiccatore a tamburo ad alta inerzia nella prima fase è errato.

Attualmente, è in uso uno schema di essiccazione TGL a due stadi che utilizza il primo stadio di un essiccatore per tubi e il secondo - un essiccatore per miniera (Fig. 1-16). L'esperienza degli ultimi anni ha dimostrato la stabilità del funzionamento di tale schema con la produzione di essiccatori con umidità del 12-18%. Inoltre, il tubo dell'essiccatore fornisce un'umidità stabile con un'umidità variabile del TGL iniziale e agisce efficacemente come un separatore, dove la lignina viene ripulita da grandi inclusioni estranee perse dalla trappola magnetica.

1.4.3. Bricchettatura di TGL con additivi speciali per metallurgia

Lo schema tecnologico per pressare bricchette di carica per la fusione di ferroleghe (Fig. 1-17) è stato sviluppato dall'IINH in collaborazione con l'Istituto metallurgico di Dnepropetrovsk, l'Istituto Giprostal di Kharkov e lo stabilimento di ferroleghe di Kuznetsk.

La lignina idrolizzata con un contenuto di umidità iniziale del 65 - 67% viene scaricata dalla tramoggia 1 tramite l'alimentatore 2 sul nastro trasportatore 3, che la consegna al sistema di unità di essiccazione del tipo a camera a vortice 4 e 5 (rispettivamente primo e secondo stadio) del modello IGI o ad un essiccatore per miniera del tipo MMT. La lignina, essiccata ad un contenuto di umidità dell'8-12%, entra nel ciclone 6, dove si deposita e viene alimentata dall'alimentatore-dosatore 7 nella tramoggia miscelatrice 8.

Riso. 1-16. Schema tecnologico della sezione lignobricchette dello stabilimento statale di Astrakhan:

1–tonka; essiccatore a 2 tubi; 3, 5 – cicloni: 4 – essiccatore da miniera; 6 – separatore magnetico; 7 – nastro trasportatore; 8, 11 – contenitori della lignina; 9 – coclea; 10 – trasportatore a coclea; 12 – pressa a rulli; 13 – aspiratore fumi; 14 – cancello; 15 – scrubber ad umido; 16, 18 – trasportatori a nastro; 17 – setaccio; 19 – magazzino bunker.

Sabbia e concentrato di minerale di ferro (IOC) - componenti del minerale della carica - dai contenitori di ricezione 9 di sabbia grezza e concentrato di minerale di ferro mediante alimentatori 10 vengono caricati nei dispositivi di essiccazione 11, da dove vengono inviati ai vagli 12. Dopo la vagliatura, il oltre -il prodotto vaglio viene fornito per la frantumazione dei corridori 13 e delle frazioni fini - nei bunker 14 sabbia secca e concentrato di minerale di ferro. Anche i componenti di grandi dimensioni schiacciati nelle guide vanno lì. Lo scarico della sabbia e del concentrato di minerale di ferro dai bunker, il loro dosaggio in un determinato rapporto e l'alimentazione al miscelatore vengono effettuati mediante dosatori 15. Il lotto preparato nel miscelatore 8 entra nella tramoggia batch 16 di una bricchetta a rulli ad alta pressione pressa 17 con una pre-pressatrice, dove il lotto viene bricchettato sotto una pressione di 100-120 MPa.

Riso. 1-17. Schema tecnologico per la produzione di lignobricchette cariche per la fusione di ferroleghe:

1, 7. 11–14, 16, 18, 20 – bunker; 2 – alimentatore; 3 – nastro trasportatore; 4 – separatore magnetico; 5 – essiccatoio da miniera; c – ciclone; 8 – tamburo di asciugatura; 9 – ruggito; 10 – guide di macinazione; 15 - miscelatore; 17 – Pressa tipo “Volna”; 19 – storta verticale a funzionamento continuo; 21 – forno elettrico.

Le bricchette vengono inviate attraverso un vaglio 18 alla tramoggia bricchette 19. Le bricchette vengono macinate dai corridori 20 e reimmesse nel miscelatore. Le bricchette finite dalla tramoggia 19 vengono inviate al forno minerale-termico 21.

Il rispetto dei regimi necessari delle singole fasi del processo tecnologico garantisce la produzione di bricchette durevoli resistenti al calore in grado di resistere a una compressione superiore a 7,5 MPa.

La bricchettatura congiunta di cariche agglomerate con TGL migliora significativamente il processo e l'economia della produzione di ferroleghe. La fusione del 75% di ferrosilicio in un forno da 1.200 kV-A ha dimostrato che il risparmio energetico è stato pari al 27,3% e la produttività del forno è aumentata del 32,7% rispetto alle prestazioni esistenti con una carica sfusa tradizionale.

Le bricchette di lignon e le cariche di minerale di lignina bricchettate possono essere ampiamente utilizzate nella fusione di ferroleghe ad alto contenuto di silicio, silicocalcio e leghe madri con additivi di terre rare. Ciò è stato confermato da test industriali in vari processi metallurgici presso le principali imprese del Ministero della metallurgia ferrosa dell'URSS, dove sono state utilizzate più di 30mila tonnellate di bricchette lignee al posto degli agenti riducenti carboniosi.

Quando si utilizzano bricchette lignee, il processo di fusione elettrica è notevolmente migliorato; si osserva l'autoscarica della carica, la sede degli elettrodi viene approfondita, la zona di reazione del forno viene ampliata e viene eliminato l'avvitamento manuale del forno. Tutto ciò indica che i lignobricchetti agiscono come un ripper-rigeneratore di alta qualità.

Considerando che le lignobricchette, oltre ad un agente riducente, sono anche ripper, il che è molto importante nella lavorazione minerale-termica del silicio, è stata sviluppata una tecnologia per produrre un agente riducente carbonioso complesso bricchettando TGL in una miscela con grigliati di petcoke. l'IINH. Un tale agente riducente complesso bricchettato può anche sostituire il coke e il carbone nella fusione del ferrosilicio ad alto contenuto di silicio.

Il vantaggio di questo agente riducente è che l'aggiunta di petcoke riduce il contenuto di ceneri all'1,0-1,5% e aumenta il contenuto di carbonio solido al 60-70%. Pertanto, senza l'uso della pirolisi nei bricchetti lignei, si raggiungono gli standard del carbone in termini di ceneri e carbonio. La resistenza delle bricchette, caratterizzata da una resistenza alla compressione specifica di 10-15 MPa, è un ordine di grandezza superiore a quella del carbone. Ciò elimina il laborioso funzionamento termico e preserva la capacità delle bricchette di restringersi, garantendo l'allentamento della parte superiore e l'autoscarica della carica nella zona di reazione del forno. Di conseguenza, gli indicatori tecnici ed economici del processo minerale-termico migliorano e la qualità del metallo fuso aumenta. Inoltre, l'agente riducente complesso bricchettato espande la base di materie prime degli agenti riducenti carboniosi nella metallurgia.

È stata inoltre dimostrata la possibilità di sostituire il raro e costoso carbone con bricchette di cellolignina nella fusione del silicio cristallino. Anche la sostituzione del 25% del carbone con bricchetti ha rivelato grandi prospettive per l'utilizzo di questo nuovo agente riducente. Gli indicatori fondamentali del funzionamento del forno come la produttività, il consumo di quarzite e di elettricità sono rimasti allo stesso livello. Il consumo specifico di carbone e petcoke è diminuito in modo significativo.

1.4.4. Produzione di carbone legnoso

La tecnologia per la produzione di carbone di lignina da lignina idrolitica bricchettata, sviluppata dall'Istituto di Chimica Inorganica, comprende l'essiccazione, la bricchettatura del TGL e la pirolisi dei bricchetti lignei (Fig. 1-18). Le bricchette di lignocarbonio sostituiscono, come dimostrato dal lavoro dell'Istituto di Ingegneria Chimica, il carbone estremamente scarso, e possono essere utilizzate nella metallurgia ferrosa e non ferrosa, nella fusione di acciai speciali e silicio cristallino, nella produzione di solfuro di carbonio e come materia prima carbone per la produzione di assorbenti di carbonio.

La produzione di carbone vegetale da bricchette amplierà la base di materie prime per la produzione di carbone, collegandola a impianti di idrolisi con una fornitura di materie prime tutto l'anno. Inoltre, la ridistribuzione proposta consentirà una lavorazione più profonda delle materie prime del legno, ottenendo inoltre dalla pirolisi delle bricchette prodotti chimici preziosi come la pirocatechina, il gas ad alto contenuto calorico, ecc.

Riso. 1-18. Schema per la produzione di carbone da bricchetti lignei:

1 – focolare; 2 – essiccazione; 3 – bricchettatrice; 4 – forno di pirolisi ad anello; 5 – deposito di carbone.

La produzione di carbone e bricchetti lignei non è difficile. Per studiare le prospettive di utilizzo di forni di pirolisi di vario tipo, la termolisi delle bricchette è stata effettuata in diverse condizioni: a temperature elevate fino a 900°C - in un forno ad anello progettato dall'Istituto di tecnologia chimica di Mosca e in un forno a camera a l'impianto pilota della filiale di Kuznetsk della VUKHIN; ad una temperatura media di 450 - 550 ° C - in forni industriali a camera orizzontale progettati dalla Sverdlovlesprom Production Association e in una storta sperimentale verticale del TsNILHI (Central Scientific Research Forest Chemical Institute).

In tutti gli esperimenti pilota-industriali è stato riscontrato che i bricchetti di legno sostituiscono con successo la fonte tradizionale di combustibile: il legno. Inoltre, in tutti i casi, il regime tecnologico era caratterizzato da stabilità e aumento della produttività. La qualità dei bricchetti lignei era vicina al carbone di betulla.

Nei forni a camera e in una storta verticale, la produttività è aumentata di 2,0 - 2,5 volte. Ciò è spiegato dal fatto che la fase di essiccazione è praticamente esclusa dal ciclo di pirolisi, poiché il contenuto di umidità delle bricchette è del 12–15% rispetto al 60–65% delle materie prime legnose. Inoltre, i lignobricchetti hanno una grande massa sfusa.

Considerando che il costo dei bricchetti di legnocarbonio è di 120 rubli, l’effetto economico sarà di 60 – 70 rubli/t di prodotto finito. Un solo impianto di idrolisi, con una resa di lignina del 65% per un importo di 120mila tonnellate, può produrre 40mila tonnellate di carbone e ricevere, a seconda del tipo di carbone prodotto, da 2,8 a 4,0 milioni di rubli. effetto economico all’anno.

Soggetto a un regime di pirolisi delicato, possibile in tutti questi forni, il carbone di lignina in pezzi può essere ottenuto dalla lignina bricchettata, che ha un'elevata resistenza (resistenza alla compressione fino a 10,0–13,0 MPa), porosità (fino al 45–55%) , resistenza al calore (20 – 30 MPa a 800 °C) ed elevata resistenza elettrica. La resa del carbone durante la pirolisi delle bricchette lignee è del 40 - 45%, il contenuto di carbonio solido è dell'85 - 90%, la resa della resina è in media del 14%, il contenuto di fenoli nella resina è del 50 - 55% (pirocatechina - 14 - 16% ), la resa del gas è in media del 15% con un potere calorifico di 20950 – 25140 kJ/m3. Tutto ciò indica l'efficienza tecnologica del processo: la resa del materiale carbonioso è piuttosto elevata, la resina può fungere da materia prima per la produzione di un antiossidante e i prodotti di pirolisi di gas e liquidi possono fungere da refrigerante per riscaldare le bricchette.

Nella tabella La tabella 1.8 mostra le proprietà fisico-chimiche comparative di bricchette lignee pirolizzate, carbone e coke di carbone.

Tabella 1.8. Proprietà delle bricchette lignee pirolizzate e di altri agenti riducenti

* A P = 196 kPa.

** Al numeratore - contenuto di ossido, %. Il denominatore è lo stesso per 100 kg di carbonio, kg

Il confronto delle caratteristiche del semi-coke e del coke ottenuti dalla lignina con il carbone indica la somiglianza delle loro proprietà fisico-chimiche. Le caratteristiche più vicine sono la resa termica media delle sostanze volatili, il contenuto di ceneri e la composizione elementare (eccetto lo zolfo), la reattività e la resistività.

Il vantaggio della cocolignina è la sua maggiore resistenza strutturale (41-45%), mentre la bassa resistenza meccanica è uno dei principali svantaggi del carbone come agente riducente carbonioso.

Riso. 1-19. Schema per la produzione di coke dalla lignina idrolitica:

1, 6, 11 – bunker; 2 – alimentatore; 3 – trasportatore; 4 – camera a vortice; 5 – ciclone; 7 – pressa a rulli; 8 – ruggito; 9 – forno di semicoke; 10 – forno ad anello; 12 – trasportatore di raffreddamento; 13 – carrozza.

Come risultato della ricerca, è stato sviluppato uno schema di base per la produzione di coke dalla lignina idrolitica (Fig. 1-19). La lignina umida (60–70%) dalla tramoggia 1 tramite l'alimentatore 2 e il trasportatore 3 con un separatore magnetico viene immessa in un essiccatore con mulino a pozzo o in una camera a vortice 4, dove viene essiccata fino a un contenuto di umidità del 10–20%, quindi si deposita nel ciclone 5. Dalla tramoggia 6 la lignina secca a 40–60 °C viene inviata per la bricchettatura ad una pressa a rulli ad alta pressione 7 con prepressa. Le bricchette finite vengono inviate al vaglio 8. Fuoriuscite, briciole e bricchette rotte vengono restituite alla tramoggia 6 utilizzando un trasportatore.

Le bricchette grezze vengono inviate a un forno a funzionamento continuo (storta verticale, forno a semicoke 9 o forno ad anello 10), dove vengono riscaldati in una determinata modalità. Successivamente, le bricchette vengono sottoposte ad estinzione a secco nella tramoggia 11, da dove vengono inviate al consumatore tramite il trasportatore più freddo 12 nel carro 13.

L'idoneità metallurgica delle bricchette di legnocarbonio è stata valutata nel processo di fusione del ferrosilicio da una carica in pezzi e in cui è stato utilizzato carbone di lignina al posto del coke metallurgico. È stato notato un notevole miglioramento delle prestazioni della parte superiore del forno. Il diametro della superficie di lavoro del forno è aumentato (di 50 - 70 mm) e la sua permeabilità ai gas è aumentata in modo significativo. La carica si è stabilizzata facilmente, il carico attuale era più uniforme.

Un'analisi comparativa della fusione sperimentale di ferroleghe con l'utilizzo di lignobricchetti grezzi e cotti e di coke di noci, effettuata presso un impianto di ferroleghe in un forno con una capacità di 230 kV*A, ha dimostrato che i migliori risultati tecnologici e tecnico-economici sono stati ottenuti utilizzando coke- lignina. L'utilizzo di bricchette lignee, rispetto al coke, ha permesso di aumentare del 12% la tensione sulla parte bassa del forno. Nella migliore serie di esperimenti, il consumo energetico specifico quando si utilizzano bricchette di coke e bricchette grezze è diminuito rispettivamente del 13,1 e del 6,3% rispetto alle noci di coke.

1.4.5. Preparazione di carboni attivi da bricchette lignee

La domanda di carboni attivi (AC) è in costante aumento, ma la loro quantità non soddisfa la domanda. Gli AC industriali sono molto costosi. I carboni attivi sono di particolare interesse per l'estrazione per assorbimento di metalli nobili. Questo processo presenta numerosi vantaggi rispetto alla tecnologia dello scambio ionico e alla deposizione dell'oro con polvere di zinco.

L'IINH insieme all'Istituto dei metalli rari (Irkutsk) hanno sviluppato una tecnologia per la produzione di assorbenti di carbonio da TGL bricchettato. Lo schema di produzione comprende l'essiccazione del TGL, la sua bricchettatura, la pirolisi delle bricchette e la loro attivazione. Il carbone risultante è vicino nelle sue proprietà al tipo AC IGI-S. Il carbone attivo TGL ha un'attività di assorbimento dello iodio fino al 115,7%, una porosità specifica totale fino a 0,83 cm3/g e una superficie specifica di 1200 – 1260 mg/t.

La ricerca ha dimostrato che la pirolisi ad alta temperatura (fino a 900°C) può produrre assorbenti di carbonio altamente attivi senza una fase di attivazione. Tali assorbenti hanno un'elevata resistenza strutturale, che secondo GOST 16188 - 70 è dell'80 - 83%, tuttavia, l'assenza di uno stadio di attivazione riduce leggermente il volume dei pori a 0,25 - 0,45 cm3/g, ma questa forza è sufficiente per l'assorbimento dalle soluzioni di vario tipo.

I carboni attivi da bricchette di lignina-carbonio, ottenute senza attivazione, sono stati testati in colonne industriali per l'assorbimento di metalli nobili dalle acque reflue industriali di cianuro. Quando il contenuto di oro nella soluzione era di 0,035 mg/l, il recupero è stato del 93%.Caratterizzato dal suo basso costo, il sorbente TGL è molto promettente per l'uso industriale.

Le loro proprietà corrispondono al rinforzo e la lignina, che ha un'elevata resistenza alla compressione, corrisponde al calcestruzzo.

Dal punto di vista chimico la lignina è la parte aromatica del legno. Il legno deciduo contiene il 18-24% di lignina, il legno di conifere - 27-30%. Nell'analisi del legno, la lignina è considerata la parte non idrolizzabile del legno.

La lignina, a differenza dei carboidrati, non è una sostanza individuale, ma è una miscela di polimeri aromatici di struttura correlata. Ecco perché è impossibile scriverne la formula strutturale. Allo stesso tempo, è noto da quali unità strutturali è costituito e quali tipi di legami queste unità sono combinate in una macromolecola. Le unità monomeriche della macromolecola della lignina sono chiamate unità di fenilpropano (PPU), poiché queste unità strutturali sono derivati ​​del fenilpropano. La lignina di conifere è costituita quasi interamente da unità strutturali di guaiacilpropano. Oltre alle unità di guaiacilpropano, la composizione della lignina fogliare contiene grandi quantità di unità di siringilpropano. Alcune lignine, principalmente provenienti da piante erbacee, contengono unità che non contengono gruppi metossi - unità idrossifenilpropano.

La lignina è una preziosa materia prima chimica utilizzata in molti settori e in medicina.

Proprietà del fuoco

Proprietà del fuoco: Polvere combustibile. Temperatura di autoaccensione: aerogel 300 °C, sospensione pneumatica 450 °C; limite inferiore di concentrazione di propagazione della fiamma 40 g/m3; pressione massima di esplosione 710 kPa; velocità massima di aumento della pressione 35 MPa/s; energia minima di accensione 20 mJ; contenuto minimo di ossigeno esplosivo 17% vol.

Mezzi di estinzione: Acqua nebulizzata, schiuma aeromeccanica.

Sono stati fatti tentativi per estinguere la combustione della lignina nella discarica pompando una soluzione di argilla nei pozzi perforati.

Per estinguere la lignina, i fanghi (rifiuti delle centrali termoelettriche) vengono spruzzati nella discarica mediante idropulitrice e penetrano nello strato superficiale della lignina fino a una profondità di 30 cm e, grazie alla componente minerale, impediscono il verificarsi di incendi. Al posto delle discariche ormai senza vita da molti anni, fumanti, questa primavera si potrà piantare l’erba.

Applicazione

La lignina solfatata viene utilizzata in misura limitata nella produzione di materiali polimerici, resine fenolo-formaldeide e come componente di composizioni adesive nella produzione di truciolare, cartone, compensato, ecc. La lignina idrolitica funge da combustibile per caldaie nelle industrie chimiche del legno, nonché materie prime per la produzione di carbone attivo granulare, mattoni porosi, fertilizzanti, acidi acetico e ossalico, riempitivi.

Più recentemente, la lignina è stata utilizzata con successo nella produzione di schiuma poliuretanica.

Nel 1998, in Germania, Teknaro ha sviluppato un processo per produrre Arboform, un materiale chiamato “legno liquido”. Nel 2000 è stato aperto vicino a Karlsruhe uno stabilimento per la produzione di bioplastiche, le cui materie prime sono lignina, fibre di lino o canapa e alcuni additivi, anche di origine vegetale. Nella sua forma esterna, l'arboform allo stato congelato è simile alla plastica, ma ha le proprietà del legno lucidato. Il vantaggio del “legno liquido” è la possibilità della sua ripetuta lavorazione mediante fusione. I risultati dell'analisi di arboform dopo dieci cicli hanno mostrato che i suoi parametri e le sue proprietà sono rimasti gli stessi.

Attivata mediante trattamento alcalino seguito da lavaggio e neutralizzazione, la lignina viene utilizzata per raccogliere fuoriuscite di petrolio e prodotti petroliferi dall'acqua e dalle superfici solide.

In medicina, la lignina idrolitica è registrata come nome comune internazionale e viene utilizzata come medicinale (Poliphan, Polyphepan, Polyphepan granuli, Polyphepan paste, integratore alimentare Polyphepan plus, Lignosorb, Entegnin, Filtrum-STI, Laktofiltrum) Enterosorbente a base di un polimero naturale La lignina di origine vegetale è stata sviluppata in Germania da G. Scholler, L. Meyer e R. Brown nel 1943 con il nome “porlisan”. La lignina veniva utilizzata con successo contro la diarrea di varia origine e veniva somministrata ai bambini piccoli mediante clistere. Nel 1971 a Leningrado fu creata la “lignina medica”, che in seguito fu ribattezzata Polyphepan. . I test condotti su rane e conigli non hanno rivelato alcun segno di effetti tossici del farmaco. P. I. Kashkin e O. D. Vasiliev nello stesso anno studiarono la capacità di assorbimento della lignina e dimostrarono che 1 g del farmaco assorbe e trattiene 7.300.000 batteri nella sua struttura. Anche l'assorbimento della lignina da parte della salmonella, del vibrio colera-simile, dello stafilococco giallo e di alcuni funghi si è rivelato molto elevato.

La lignina idrolizzata viene utilizzata anche in medicina veterinaria per gli stessi scopi utilizzati nell'uomo.

Gli enterosorbenti a base di lignina hanno effetti enterosorbenti, disintossicanti, antidiarroici, antiossidanti, ipolipemizzanti e complessanti. Lega vari microrganismi, i loro prodotti metabolici, tossine di natura esogena ed endogena, allergeni, xenobiotici, metalli pesanti, isotopi radioattivi, ammoniaca, cationi bivalenti e ne favorisce l'escrezione attraverso il tratto gastrointestinale.

Applicazione di enterosobrenti a base di lignina idrolitica

La lignina è uno dei componenti principali responsabili dell'aroma di vaniglia dei vecchi libri. La lignina, come la cellulosa del legno, si decompone nel tempo, sotto l'influenza dei processi ossidativi, ed emette un odore gradevole.

Appunti

1. Maderas. Scienza e tecnologia - SALDATURA DEL LEGNO INDOTTA MECCANICAMENTE
2. ScienceDirect - Biologia attuale: La scoperta della lignina nelle alghe rivela un'evoluzione convergente dell'architettura della parete cellulare
3. "Lignina", TSB
4. Lignina idrolitica; polifan; Polifepano; Granuli di polifepane; Filtrum-STI; Entegnina; Entegnina-N. (russo) . AMT - un elenco di farmaci. Archiviata dall' url originale il 23 agosto 2011. Estratto il 1 febbraio 2010.
5. A. Ya. Korolchenko, D. A. Korolchenko. Pericolo di incendio ed esplosione di sostanze e materiali e mezzi per estinguerli. Direttorio: in 2 parti - M.: Ase. “Pozhnauka”, 2004. Parte 2. p.28
6. La nuova tecnologia sarà utilizzata per estinguere la lignina nella regione di Irkutsk| eliminazione dei disastri causati dall'uomo| RICICLO DEI RIFIUTI
7. Irkutskenergo
8. Bollettino del Centro scientifico di Irkutsk SB RAS. Numero 31
9. Lignina - Enciclopedia chimica
10. Plastica verde prodotta da materiale biojoule Comunicato stampa di BioJoule Technologies, 12 luglio 2007.
11. TECNARO GmbH - sito ufficiale
12. Arboform - legno liquido
13. Legno liquido al posto della plastica
14. http://www.regmed.ru/SearchResults.asp
15. Polifepano
16. Fitos - Pubblicazioni. Progetto Fitos Numero 1
17. Articoli per medici su Polyphepan
18. Polyphepan è il rimedio più efficace per la diarrea (diarrea), utilizzato nel trattamento della diarrea nelle donne in gravidanza e negli adulti.
19. L'azienda Saytek è un produttore di Polyphepan enterosorbente. Un rimedio efficace per la diarrea (diarrea), fertilizzanti umici
20. Cerca nel database dei farmaci, opzioni di ricerca: INN - Lignina idrolitica, bandiere - "Cerca TKFS" . Circolazione dei medicinali. Istituzione statale federale “Centro scientifico per la competenza dei prodotti medici” di Roszdravnadzor della Federazione Russa (26/11/2009). - Un articolo clinico e farmacologico standard è uno statuto e non è protetto dal diritto d'autore in conformità con la parte quarta del Codice civile della Federazione Russa n. 230-FZ del 18 dicembre 2006.

Lignina idrolizzata - un eccellente combustibile ad alto contenuto calorico e una materia prima rinnovabile facilmente accessibile per la produzione di pellet e bricchette combustibili.

Attualmente, la rilevanza della questione della produzione di fonti energetiche alternative è in costante aumento. Ci sono una serie di ragioni per questo.

1. Le risorse energetiche tradizionali - gas, carbone, petrolio - diventano ogni anno sempre più difficili da estrarre e ciò porta ad un costante aumento del loro costo. Come sapete, la questione del costo del gas importato è di particolare rilevanza per l'Ucraina.

2. Le riserve di risorse energetiche tradizionali si stanno rapidamente esaurendo, il che rende la produzione di risorse energetiche alternative un settore commerciale molto promettente.

3. La produzione di fonti energetiche alternative è stimolata dai governi di tutti i paesi sviluppati, compresa l'Ucraina.

L'impianto di stoccaggio della lignina è in fiamme

Pellet di lignina Bricchetti di lignina Pini&Key

La principale competizione in questo settore non risiede nelle vendite- non ci sono problemi e, sostanzialmente, tutti i prodotti vengono spediti per l'esportazione nei paesi dell'Unione Europea - e nel campo della fornitura di materie prime. Il fatto è che molte imprese che hanno installato apparecchiature per la bricchettatura o la granulazione della biomassa attualmente non funzionano a pieno regime e spesso sono completamente inattive a causa della mancanza di materie prime. Ciò è dovuto principalmente alla stagionalità della disponibilità di alcune tipologie di materie prime (bucce di girasole, paglia, scarti di colture di cereali, scarti di lavorazione del mais, altre tipologie di materie prime agricole), alla scelta errata del luogo di installazione delle attrezzature (ad esempio, distanza da potenziali fonti di materie prime), elevati costi logistici per la consegna delle materie prime, che, di norma, hanno un peso sfuso molto basso (ad esempio, il peso sfuso delle bucce di girasole è di 100 kg/m3).

In una situazione del genere, la lignina è una buona alternativa ai rifiuti agricoli come materia prima, poiché le sue riserve sono disponibili in quantità sufficientemente grandi indipendentemente dalla stagione di lavorazione, la lignina si presta bene alla granulazione e alla bricchettatura grazie alle sue eccellenti proprietà leganti e ha un peso volumetrico abbastanza elevato (fino a 700 kg/m3), che ne rende vantaggioso il trasporto a notevoli distanze anche non in forma granulare, ha un buon potere calorifico paragonabile al carbone, con un contenuto di ceneri molto inferiore, ed il prezzo di la materia prima, la lignina, è relativamente bassa. A causa delle proprietà speciali della lignina, nella tecnologia della sua preparazione per un ulteriore utilizzo, viene attribuita particolare importanza alla questione dell'essiccazione della lignina.

Se considerare la lignina da un punto di vista fisico-chimico, quindi nella sua forma originale questa sostanza è una massa complessa simile a segatura, il cui contenuto di umidità arriva fino al settanta per cento. In effetti, la lignina è un complesso unico di sostanze costituito da polisaccaridi, un gruppo speciale di sostanze appartenenti al cosiddetto complesso lignoumimico, monosaccaridi, vari acidi minerali e organici di varie saturazioni, nonché una certa parte di ceneri. La lignina idrolizzata è una massa simile a segatura con un contenuto di umidità di circa il 55-70%. Nella sua composizione, è un complesso di sostanze, che comprende la lignina della cellula vegetale stessa, parte dei polisaccaridi, un gruppo di sostanze del complesso lignoumimico, acidi minerali e organici non lavati dopo l'idrolisi del monosaccaride, ceneri e altre sostanze. Il contenuto della lignina stessa nella lignina varia dal 40 all'88%, i polisaccaridi dal 13 al 45%, le sostanze resinose e le sostanze complesse lignoumimiche dal 5 al 19% e gli elementi di ceneri dallo 0,5 al 10%. Le ceneri derivanti dall'idrolisi della lignina sono prevalentemente alluvionali. La lignina idrolitica è caratterizzata da un grande volume dei pori che si avvicina alla porosità del carbone, un'elevata reattività rispetto ai tradizionali agenti riducenti carboniosi e un contenuto di carbonio solido doppio rispetto al legno, raggiungendo il 30%, ovvero quasi la metà del carbonio del carbone.

La lignina idrolitica si distingue per la sua capacità di trasformarsi in uno stato viscoplastico quando viene applicata una pressione di circa 100 MPa. Questa circostanza ha predeterminato una delle aree promettenti per l'utilizzo della lignina idrolitica sotto forma di materiale bricchettato. È stato stabilito che i lignobricchetti sono un combustibile domestico ad alto contenuto calorico e a basso contenuto di fumo, un agente riducente di alta qualità nella metallurgia ferrosa e non ferrosa, che sostituisce il coke, il semi-coke e il carbone e possono essere utilizzati anche per la produzione di carbone come carbone e assorbenti di carbonio. Lo hanno dimostrato le ricerche e il lavoro sperimentale di numerose organizzazioni o lignina idrolitica bricchettata può essere una preziosa materia prima per i settori metallurgico, energetico e chimico dell'economia nazionale del paese, nonché un combustibile municipale di alta qualità.

Si possono raccomandare per la realizzazione gli sviluppi tecnologici che consentono di ottenere i seguenti prodotti bricchettati in legno:
- lignobricchetti per sostituire i tradizionali agenti riducenti metallurgici del carbonio e lump charge nella produzione di silicio cristallino e ferroleghe;
- bricchetti di combustibile a bassa emissione di fumi;
- carbone di lignina bricchettato al posto del legno nell'industria chimica;
- assorbenti di carbonio da bricchette lignee per la depurazione delle acque reflue industriali e l'assorbimento di metalli pesanti e nobili;
- bricchette energetiche da miscela con grigliati di carbone.

Le bricchette combustibili di lignina sono combustibili di alta qualità con un potere calorifico fino a 5500 kcal/kg e un basso contenuto di ceneri. Quando bruciate, le bricchette di lignina bruciano con una fiamma incolore senza emettere un pennacchio di fumo fumoso. La densità della lignina è 1,25 - 1,4 g/cm3. L'indice di rifrazione è 1,6.

La lignina idrolizzata ha un potere calorifico che per la lignina assolutamente secca è di 5500-6500 kcal/kg per un prodotto con 18-25% di umidità, 4400-4800 kcal/kg per lignina con 65% di umidità, 1500-1650 kcal/kg per la lignina con un contenuto di umidità superiore al 65%. Secondo le sue caratteristiche fisico-chimiche, la lignina è un sistema polidisperso trifase con dimensioni delle particelle che vanno da diversi millimetri a micron o meno. Studi sulla lignina ottenuta in vari impianti hanno dimostrato che la loro composizione è caratterizzata in media dal seguente contenuto di frazioni: con una dimensione superiore a 250 micron - 54-80%, con una dimensione inferiore a 250 micron - 17-46%, e con dimensione inferiore a 1 micron - 0,2- 4,3%. Nella struttura, una particella di lignina idrolitica non è un corpo denso, ma è un sistema sviluppato di micro e macropori; la dimensione della sua superficie interna è determinata dall'umidità (per la lignina umida è 760-790 m2/g, e per lignina secca solo 6 m2/g).

Come dimostrato da molti anni di ricerca e di test industriali condotti da numerose imprese di ricerca, formazione e industria, dalla lignina idrolitica si possono ottenere preziosi tipi di prodotti industriali. Per il settore energetico, il combustibile comunale e per caminetti in bricchette può essere prodotto dalla lignina idrolizzata originale, mentre il combustibile energetico in bricchette può essere prodotto da una miscela di lignina con filtri di arricchimento del carbone.

Il processo di combustione della lignina nei forni tecnologici senza trasferimento di calore diretto presenta differenze significative rispetto ai forni delle caldaie a vapore. Non hanno una superficie di ricezione del raggio e quindi, per evitare la formazione di scorie di ceneri, è necessario calcolare attentamente le modalità aerodinamiche del processo. La temperatura del nucleo di fiamma, a causa della mancanza di scambio diretto di calore, risulta essere più elevata e concentrata in un volume inferiore rispetto ai forni delle caldaie a vapore. Per bruciare la lignina, è consigliabile utilizzare un forno a fiamma del sistema Shersnev, che fornisce un'efficienza sufficientemente elevata per combustibili con un elevato grado di dispersione.

La lignina può essere utilizzata efficacemente come combustibile per la combustione in un generatore di calore di un complesso di essiccazione per l'essiccazione di segatura o altra biomassa in linee per la produzione di granuli combustibili, pellet e bricchette combustibili. Il combustibile polverizzato preparato con cura è vicino al combustibile liquido in termini di velocità di combustione e completezza della combustione. La combustione completa in una torcia è assicurata con un rapporto di eccesso d'aria inferiore e, di conseguenza, con una temperatura più elevata. Quando si esegue il processo di combustione con un piccolo eccesso d'aria, vengono garantite condizioni operative a prova di esplosione per il complesso di essiccazione, che distingue positivamente l'essiccazione con l'uso diretto dei gas di scarico dal metodo di essiccazione con aria riscaldata.

Pertanto, la lignina è un eccellente combustibile ad alto contenuto calorico e una materia prima rinnovabile facilmente accessibile per la produzione di pellet e bricchette combustibili.

Applicazione della lignina in polvere.

La lignina in polvere è adatta come additivo attivo nel calcestruzzo dell'asfalto stradale, nonché per l'aggiunta di olio combustibile quando viene utilizzato nel settore energetico e metallurgico. La lignina idrolizzata, utilizzata come polvere minerale, consente:
1. Aumentare la qualità del calcestruzzo asfaltico (resistenza del 25%, resistenza all'acqua del 12%, resistenza alle crepe (fragilità) da -14°C a -25°C) attraverso un'ulteriore modifica del bitume di petrolio.
2. Risparmiare sui materiali da costruzione stradale: a) bitume di petrolio del 15-20%; b) polvere minerale di calce 100%.
3. Migliorare significativamente la situazione ambientale nell'area di stoccaggio dei rifiuti.
4. Restituire le terre fertili attualmente occupate dalle discariche.

Pertanto, gli studi condotti sull'uso della lignina idrolitica tecnologica (THL) nella produzione di calcestruzzo bituminoso mostrano che esistono opportunità per espandere significativamente la base di materie prime dei materiali per la costruzione di strade moderne (repubblicane, regionali e urbane), mentre allo stesso tempo migliorando la qualità del loro rivestimento modificando il bitume di petrolio con lignina idrolitica e sostituendo completamente le costose polveri minerali.

Inserito il 06/01/2010

Origine e produzione della lignina

Lignina dal lat. lignum- legno, - un polimero naturale aromatico complesso (rete) che fa parte delle piante terrestri, un prodotto della biosintesi. Dopo la cellulosa, la lignina è il polimero più abbondante sulla terra e svolge un ruolo importante nel ciclo naturale del carbonio. L'emergere della lignina si è verificato durante l'evoluzione delle piante durante la transizione da uno stile di vita acquatico a uno terrestre per garantire rigidità e stabilità di steli e tronchi (simile alla chitina negli artropodi).

In inglese e tedesco, la lignina è lignina, meno comunemente lignen o lignine.

Come è noto, il tessuto vegetale è costituito principalmente da cellulosa, emicellulosa e lignina. Il legno di conifere contiene il 23-38% di lignina, il legno di latifoglie il 14-25% e la paglia di cereali il 12-20% in peso. La lignina si trova nelle pareti cellulari e nello spazio intercellulare delle piante e tiene insieme le fibre di cellulosa.

Insieme alle emicellulose determina la resistenza meccanica di tronchi e fusti. La lignina garantisce la tenuta delle pareti cellulari (per acqua e sostanze nutritive) e, grazie ai coloranti in essa contenuti, determina il colore del tessuto lignificato.

La lignina è saldamente incorporata fisicamente e chimicamente nella struttura del tessuto vegetale, e il suo efficace isolamento da lì mediante metodi industriali rappresenta un problema ingegneristico molto complesso.

È consuetudine distinguere tra protolignina, la lignina contenuta all'interno della pianta nella sua forma naturale, e le sue forme tecniche ottenute per estrazione dal tessuto vegetale mediante vari metodi fisico-chimici. La lignina non è prodotta appositamente; esso e le sue forme chimicamente modificate sono rifiuti della produzione biochimica. Durante l'elaborazione fisico-chimica del tessuto vegetale, il peso molecolare della lignina diminuisce più volte e la sua attività chimica aumenta.

Nell'industria dell'idrolisi si ottiene la cosiddetta polvere. lignina idrolitica.

Nella produzione della pasta si formano forme idrosolubili di lignina. Esistono due principali tecnologie di produzione della pasta: la più comune produzione di pasta kraft (alcalina) e la produzione di pasta al solfito (acida), meno comunemente utilizzata.

Lignina ottenuta nella produzione di solfato, la cosiddetta. la lignina solfato è ampiamente utilizzata nelle centrali elettriche delle cartiere.

Nella produzione di solfiti si formano soluzioni di lignine solfito (ligninsolfonati), alcune delle quali si accumulano nei depositi di ligno, mentre altre vanno con le acque reflue dell'impresa nei fiumi e nei laghi.

Nella letteratura inglese ci sono anche:

Lignina priva di zolfo (lignina idrolitica);

Lignina di zolfo - lignina di zolfo (cioè lignina proveniente dalla produzione di cellulosa).

In un modo o nell'altro, il riciclaggio della lignina viene effettuato dalle stesse imprese che la producono, ma sul mercato sono presenti anche la lignina idrolitica, la lignina solfatata e i ligninsolfonati come prodotti commerciali. Non esistono standard internazionali o russi per le lignine tecniche e vengono fornite secondo diverse specifiche di fabbrica.

Formula e proprietà chimiche della lignina

In senso chimico, la lignina è un concetto condizionale e generalizzante. Proprio come non esistono due persone uguali, non esistono due lignine uguali.

In letteratura si trovano diverse varianti della formula della lignina.

La figura mostra una rappresentazione della struttura chimica della lignina raccomandata dall'International Lignin Institute (ILI - International Lgnin Institute).

Le lignine ottenute da piante diverse differiscono significativamente l'una dall'altra nella composizione chimica.

La molecola di lignina è indefinitamente grande e ha molti gruppi funzionali diversi.

L'unità strutturale comune di tutti i tipi di lignina è il fenilpropano (C 9 H 10) e le differenze sono associate a diversi contenuti di gruppi funzionali.

Secondo le conoscenze moderne, la lignina è un complesso polimero a rete tridimensionale di natura aromatica, risultante dalla policondensazione di diversi monolignoli - alcoli cinnamici (paracumarico, coneferilico, sinapico), vedere formule.

In condizioni normali, la lignina è scarsamente solubile in acqua e solventi organici. Nelle tecnologie chimiche e nell'ambiente, la lignina può partecipare a un'ampia varietà di reazioni e trasformazioni chimiche. Ha attività biologica.

La lignina mostra proprietà plastiche a pressione e temperatura elevate, specialmente se bagnata.

Utilizzo della lignina in natura

Negli animali superiori la lignina non viene praticamente assorbita durante la digestione; in natura nella sua lavorazione intervengono diversi funghi, insetti, lombrichi e batteri. Il ruolo principale in questo processo è svolto dai funghi basidiomiceti. Questi includono molti funghi che vivono sia su alberi vivi che morti, nonché funghi che decompongono i rifiuti fogliari. Tra i funghi ligninolitici ci sono quelli commestibili (fungo chiodino, fungo ostrica, champignon).

La degradazione della lignina polimerica avviene sotto l'influenza degli enzimi ossidoreduttasi fungini extracellulari. Questi enzimi includono principalmente le perossidasi lininolitiche: lignina perossidasi e Mn perossidasi, nonché ossidasi extracellulare – laccasi. Inoltre, il complesso ligninolitico dei funghi contiene enzimi ausiliari, che producono principalmente perossido di idrogeno per perossidasi e fattorie di ossigeno attivo. Questi includono enzimi come piranosio ossidasi, glucosio ossidasi, gliossal ossidasi, alchilaril ossidasi e cellobiosio deidrogenasi.

Il prodotto principale della decomposizione della lignina in natura è l'humus. La decomposizione della lignina in condizioni naturali avviene in presenza di altri elementi del tessuto vegetale: cellulosa ed emicellulosa.

Importanza economica della lignina

Ogni anno nel mondo si producono circa 70 milioni di tonnellate di lignina tecnica. Le enciclopedie scrivono che la lignina è una preziosa fonte di materie prime chimiche. Purtroppo queste materie prime non sono ancora disponibili dal punto di vista organizzativo, economico e tecnico.

Ad esempio, la decomposizione della lignina in composti chimici più semplici (fenolo, benzene, ecc.) con qualità comparabili dei prodotti risultanti è più costosa della loro sintesi dal petrolio o dal gas. Secondo l’International Lgnin Institute, non più del 2% della lignina tecnica viene utilizzata nel mondo per scopi industriali, agricoli e di altro tipo. Il resto viene bruciato nelle centrali elettriche o sepolto nei cimiteri.

La difficoltà della lavorazione industriale della lignina è dovuta alla complessità della sua natura, alla multivarianza delle unità strutturali e delle connessioni tra loro, nonché all'instabilità di questo polimero naturale, che ne modifica irreversibilmente le proprietà a causa di effetti chimici o termici. Come accennato in precedenza, i rifiuti industriali non contengono protolignina naturale, ma sostanze contenenti lignina in gran parte modificata o miscele di sostanze dotate di elevata attività chimica e biologica. Inoltre, sono contaminati da altre sostanze. Si ritiene che vivere vicino ai “depositi lignei” non sia del tutto vantaggioso. Hanno la sgradevole proprietà della combustione spontanea con rilascio di zolfo, azoto e altri composti nocivi, ed estinguerli è estremamente difficile a causa delle loro grandi dimensioni e delle caratteristiche del processo di combustione. Nella foto a sinistra c'è un “lignostorage”, a destra sta bruciando la lignina.

Alcuni studi hanno notato l'attività mutagena delle lignine tecniche.

Nel bilancio economico nazionale, quindi, le lignine tecniche rappresentano ancora un valore negativo significativo e in costante crescita.

Proprietà della lignina idrolitica

La lignina idrolitica è una sostanza polverulenta amorfa con una densità di 1,25-1,45 g/cm 3 dal colore dal crema chiaro al marrone scuro con un odore specifico. Peso molecolare 5000-10000. Le dimensioni delle particelle di lignina variano da diversi millimetri a micron (o meno). Il contenuto della lignina stessa nella lignina idrolizzata varia dal 40 all'88%, i polisaccaridi difficili da idrolizzare dal 13 al 45%, le sostanze resinose e le sostanze del complesso lignoumimico dal 5 al 19% e gli elementi di cenere dallo 0,5 al 10% .

Composizione delle ceneri di lignina: Al2O3 – 1%; SiO2 – 93,4%; P2O5 – 1,5%; CaO – 1,5%; Na2O – 0,3%; K2O – 0,3%; MgO – 0,3%; TiO2 – 0,1%.

La lignina non è tossica e ha una buona capacità di assorbimento.

In forma secca è una sostanza altamente infiammabile; in forma spray può essere pericoloso. Contenuto di carbonio solido fino al 30%. Il potere calorifico della lignina secca è 5500-6500 kcal/kg ed è vicino al potere calorico del combustibile standard (7000 kcal/kg). La temperatura di accensione della lignina è 195°C, la temperatura di autoaccensione è 425°C e la temperatura di combustione è 185°C. La temperatura di autoaccensione di: aerogel di lignina è 300°C, sospensione aerea è 450°C; limite inferiore di concentrazione di propagazione della fiamma 40 g/m 3 ; pressione massima di esplosione 710 kPa; velocità massima di aumento della pressione 35 MPa/s; energia minima di accensione 20 mJ; Il contenuto minimo di ossigeno esplosivo è del 17%.

Alcuni ambiti di applicazione della lignina idrolitica:

Produzione di bricchette combustibili, incl. mescolato con segatura, carbone e polvere di torba;

Produzione di gas combustibile, incl. con generazione di elettricità in generatori di gas a pistoni a gas;

Carburante per caldaie;

Produzione di agenti riducenti bricchettati per metalli e silicio;

Produzione di carboni, compresi quelli attivati;

Assorbenti per la depurazione delle acque reflue urbane ed industriali, assorbenti per prodotti petroliferi sversati, assorbenti per metalli pesanti, assorbenti tecnologici;

Assorbenti per uso medico e veterinario (“Polyphepan”, ecc.);

Agente espandente nella produzione di mattoni e altri prodotti ceramici (al posto di segatura e farina di legno);

Materie prime per la produzione di nitrolignina (un riduttore di viscosità per soluzioni di argilla utilizzate nella perforazione di pozzi);

Riempitivo per materie plastiche e materiali compositi, legante per materiali compositi (“Arboform”, lignoplasti, ecc.);

Preparazione di fertilizzanti organici e organo-minerali, agenti strutturanti per terreni naturali e artificiali, erbicidi per la coltivazione di alcune colture (leguminose);

Materie prime per la produzione di acidi fenolici, acetici e ossalici;

Additivo per conglomerati bituminosi (preparazione di miscele lignina-bitume, ecc.).

Lignosolfonati

I ligninsolfonati sono derivati ​​solfonici idrosolubili della lignina, formati durante il metodo al solfito di delignificazione del legno, che rappresentano sali sodici di acidi lignosolfonici con una miscela di sostanze riducenti e minerali.

I ligninsolfonati commerciali sono ottenuti per evaporazione di liquori solfiti dezuccherati e prodotti sotto forma di concentrati liquidi e solidi di borlande solfito-alcoliche (peso molecolare da 200 a 60 mila o più), contenenti il ​​50-90% del residuo secco. I ligninsolfonati hanno un'elevata attività superficiale, che ne consente l'uso come tensioattivi in ​​vari settori, Per esempio:

Nell'industria chimica - come stabilizzante, disperdente, legante nella produzione di prodotti fitosanitari bricchettati;

Nell'industria petrolifera - sotto forma di reagente per regolare le proprietà dei fluidi di perforazione;

Nella produzione di fonderia - come materiale legante per sabbie da formatura, additivi per vernici antiaderenti;

Nella produzione di calcestruzzo e refrattari - come plastificante per miscele;

Nella costruzione per rafforzare materiali e terreni a bassa resistenza, nonché per rimuovere la polvere dalle superfici stradali, come emulsionante nelle emulsioni stradali;

In agricoltura e selvicoltura per il trattamento antierosivo del terreno;

Come materia prima per la produzione di vanillina;

Additivo per la granulazione di materiali polverosi, antiagglomerante.

Lignina solfatata

È una soluzione di sali di sodio caratterizzata da elevata densità e resistenza chimica. La lignina solfatata secca è una polvere marrone. La dimensione delle particelle di lignina varia in un ampio intervallo da 10 (o meno) micron a 5 mm. È costituito da singole particelle sferiche porose e dai loro complessi con una superficie specifica fino a 20 m 2 /g.

La lignina solfatata ha una densità di 1300 kg/m3. È solubile in soluzioni acquose di ammoniaca e idrossidi di metalli alcalini, nonché in diossano, glicole etilenico, piridina, furfurale e dimetilsolfossido.

La lignina solfatata prodotta industrialmente contiene in media %: ceneri - 1,0-2,5, acido per acido solforico - 0,1-0,3, sostanze idrosolubili - 9, sostanze resinose - 0,3-0,4, lignina Klason - circa 85. La lignina ha un valore abbastanza costante composizione funzionale. La lignina solfatata contiene zolfo, il cui contenuto in massa è del 2,0-2,5%, compreso lo zolfo non legato - 0,4-0,9%.

Il trattamento termico della lignina solfatata provoca la sua decomposizione con formazione di sostanze volatili a partire dalla temperatura di 190°C.

La lignina solfatata è classificata come un prodotto praticamente atossico; se utilizzata sotto forma di pasta umida non genera polvere e non presenta pericolo di incendio.

Istruzioni per l'uso della lignina solfato:

Materie prime per la produzione di resine fenolo-formaldeide e materie plastiche;

Legante per cartoni, cartoni, pannelli truciolari e pannelli in fibra;

Additivo - modificatore di gomme e lattici;

Stabilizzatore chimico della schiuma;

Plastificante per prodotti in calcestruzzo, ceramica e refrattari;

Materie prime per la produzione di carboni attivi brillantanti di tipo collattivite.

Letteratura sulla lignina e sue applicazioni

Alla lignina e alle lignine tecniche è dedicata una letteratura molto ampia (decine di libri, centinaia di dissertazioni e migliaia di articoli di riviste) in tutte le principali lingue. Molti di essi sono disponibili anche su Internet, vedere ad esempio l'articolo “Lignin” su Wikipedia.

Per avere una prima impressione puoi utilizzare, ad esempio, Sono disponibili online i seguenti libri:

Chimica della lignina, F.E. Browns, procuratore distrettuale Browns, M. Industria del legno, 1964;

Chimica del legno e della cellulosa V.M. Nikitin, A.V. Obolenskaya, V.P. Shchegolev M. Industria del legname, 1978;

Lavorazione di liquori solfati e solfiti, ed. P.D. Bogomolov e S.A. Sapotnitsky, M. Industria del legname, 1989;

Materiali strutturali da sostanze lignine, V.A. Arbuzov, M. Ecologia, 1991.

Nota. Le tecnologie esistenti per la lavorazione e la delignificazione delle materie prime cellulosiche sono associate a grandi investimenti di capitale e non sono del tutto perfette dal punto di vista ecologico e di altri fattori. Gli scienziati sono da tempo alla ricerca di altri modi più efficaci per organizzare la produzione di cellulosa e biochimica, ma finora questi sviluppi non hanno trovato ampie applicazioni industriali.

Molti problemi contraddittori dello sviluppo della produzione biochimica si riflettono in una goccia d'acqua nel problema della cartiera e della pasta di legno Baikal, dove c'è stata una lotta a lungo termine per chiudere l'impianto. È possibile che l'impianto venga chiuso. Naturalmente, molti residenti del nostro paese vorrebbero vivere in un luogo ecologicamente pulito come la regione del Baikal e bere la stessa acqua pulita del lago Baikal. Purtroppo questo è impossibile e non sarà presto possibile, nemmeno in teoria. Negli ultimi 100-150 anni, il territorio sviluppato del nostro Paese, per vari motivi, è stato inquinato più velocemente di quanto consentissero le sue capacità di autopulizia. In una certa misura, questo è un pagamento per il progresso economico e, in una certa misura, è un pagamento per la frivolezza o l’avidità dei leader.

Il livello di consumo e produzione di pasta di legno, carta e altri prodotti biochimici sono considerati gli indicatori più importanti dello sviluppo dell'economia nel suo insieme per i grandi paesi. Naturalmente, non sono i biochimici a dare un contributo decisivo all'inquinamento della natura con vari rifiuti e sostanze nocive, ma dove sono presenti grandi imprese biochimiche, il loro contributo all'inquinamento dell'atmosfera e delle risorse idriche può essere molto significativo.

È ovvio che i leader del sottosettore della chimica forestale hanno avuto successo nel ricattare lo Stato per decenni, e sembra che questo fenomeno continui ancora oggi. Gli ostaggi, come sempre, sono lavoratori delle imprese, residenti locali e “i nostri fratellini”. La chiusura e la riconversione della cartiera e della cartiera di Priozersk hanno già apportato un notevole miglioramento all'ecologia del Lago Ladoga, tuttavia, un gran numero di residenti di Priozersk rimangono ancora oggi disoccupati e la città di Priozersk è in uno stato depresso.

Sarebbe sbagliato negare la possibilità di utilizzare la lignina nell’industria e nell’agricoltura. Da decenni centinaia di organizzazioni scientifiche in tutto il mondo sono impegnate nella ricerca e nello sviluppo nel campo dell’utilizzo della lignina appena estratta e conservata. Molti di essi sono già stati introdotti nell’industria nel corso degli anni. Questi lavori acquistano ulteriore rilevanza alla luce del crescente interesse degli ultimi anni per la risoluzione dei problemi ambientali e per l'uso industriale dell'intera gamma di risorse vegetali (bioraffineria).

Molto probabilmente, senza l'attenzione del governo, risolvere i problemi dello sviluppo razionale della produzione biochimica non sarà possibile, perché il mercato non ha testa e i suoi nodi nervosi, come quelli di un lombrico, si trovano nell'esofago. Il che, in effetti, è stato ancora una volta dimostrato dal progetto “iniziato nel 2008” crisi economica. Non importa se sia successo con l'aiuto della sua famosa mano invisibile o di un altro membro nascosto.