From Chemistry Towards Technology Step-By-Step From Chemistry Towards Technology Step-By-Step От химии к технологии шаг за шагом 2782-1900 83081 10.52957/27821900_2021_01_29 Научные статьи Scientific articles Научные статьи Experience of researching the process of de-fibration of cellulosic materials and analysis of equipment operation: from laboratory stand - to industrial installation Опыт исследования процесса разволокнения целлюлозных материалов и анализ работы оборудования: от лабораторного стенда – к промышленной установке Чащилов Дмитрий Викторович Chashchilov Dmitriy Viktorovich Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова Biysk Institute of Technology, Polzunov Altai State Technical University Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), Бийск Россия Institute of Chemical and Energy Technology Problems, the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IPCET SB RAS), Biysk Russian Federation 23 03 2021 23 03 2021 2 1 29 39 18 01 2021 26 02 2021 https://chemintech.ru/en/nauka/article/83081/view

Приведён обобщённый опыт создания и эксплуатации экспериментальной и промышленной установок для разволокнения материалов на основе целлюлозы. Экспериментальная установка создана на основе бытовой зернодробилки и дополнена сменным колковым ротором, обеспечена регулируемым приводом и снабжена всасывающим пневмотранспортом разволокнённого продукта. Приведены примеры выполненных исследований процесса разволокнения различных материалов – древесных и хлопковых целлюлоз различных товарных форм и марок, макулатуры, лабораторных опытных образцов целлюлозы. Сформулированы рекомендации по конструктивным параметрам и режимам процесса разволокнения целлюлозной папки в листовой форме из сульфитной древесной целлюлозы различных производителей. Рекомендуется – удельная производительность 2,5 кг/(м3·с). Удельная энергоёмкость процесса разволокнения – 75 кДж/кг. Коэффициент запаса мощности электродвигателя – 1,5. Окружная скорость внешней кромки ротора – не менее 45 м/с. Крупность ячеек решета 5 мм. Удельная производительность механической классификации разволокнённой целлюлозы 1,5 кг/(м2∙с). Насыпная плотность разволокнённого продукта – от 30 до 120 кг/м3. Экспериментальная установка может быть использована для проведения различных экспериментальных исследований процессов разволокнения целлюлозных материалов и для наработки необходимых опытных образцов в лабораторных условиях. Показан пример создания на основе данных рекомендаций и анализа работы экспериментальной установки промышленной установки производительностью 500 кг/ч для производства технической натрий-карбоксиметилцеллюлозы различных марок. Промышленная установка создана на основе молотковой мельницы и оборудована всасывающим пневмотранспортом. Промышленная установка используется для разволокнения целлюлозной папки для нужд промышленного производства производных целлюлозы.

The article summarizes the first effort of research in creating and operating experimental and industrial installation for garnetting of cellulose-based materials. The experimental device was created on the basis of a household grain crusher, supplemented with a replaceable pegboard rotor, provided with an adjustable inlet and equipped with a suction pneumatic transport of the unfolded product. The device performs garnetting, mechanical grading, and pneumatic transportation of cellulose materials. The article provides examples of garnetting process studies of various materials, such as wood and cotton celluloses of various commodity forms and brands, waste paper, cellulose laboratory prototypes. Recommendations are formulated on the design parameters and garnetting process methods of pulp lap from sulfite wood cellulose from various manufacturers. Recommended specific capacity is 2.5 kg/(m3∙s). The specific energy intensity of the garnetting process is 75 kJ/kg. The power reserve coefficient of the electric motor is 1.5. The circumferential speed of the rotor’s outer edge is at least 45 m/s. The moisture content of the initial pulp ranges from 5 to 10% (rel.). The size of the sieve cells is 5 mm. The specific productivity of mechanical classification of loosened pulp is 1.5 kg/(m2∙s). The bulk density of the unfolded product is from 30 to 120 kg/m3. The experimental setup can be used for carrying out various experimental studies of the cellulose garnetting processes and development of the necessary experimental samples in the laboratory. The article provides an example of creating an industrial plant with a capacity of 500 kg/h for the production of technical sodium-carboxymethyl cellulose of various brands based on these recommendations, followed by an analysis of the experimental unit operation. The industrial plant is based on a hammer mill and is equipped with a suction pneumatic transport. The industrial plant is used for the cellulose folder garnetting for the needs of industrial cellulose derivatives production.

 целлюлоза измельчитель ударного действия пневматический транспорт механическая классификация волокнистые материалы предварительная обработка растительного сырья экспериментальные исследования промышленное производство cellulose pulp mechanical crusher pneumatic transport mechanical grading fibrous materials pretreatment of plant raw materials experimental research industrial production garnetting

Макарова И.В., Куничан В.А., Севодина К.В., Волкова Н.Н., Легаев А.И. Оптимизация твердофазного способа получения карбоксиметилцеллюлозы. Вестник алтайской науки. 2014. № 4 (22). С. 311-314. Makarova I.V., Kunichan V.A., Sevodina K.V., Volkova N.N., Legaev A.I. Optimizaciya tverdofaznogo sposoba polucheniya karboksimetilcellyulozy. Vestnik altayskoy nauki. 2014. № 4 (22). S. 311-314. Нисковская М.Ю., Чернецкая Н.В., Ульянов Б.А., Брагина О.А., Богданов В.С. К вопросу о получении карбоксиметиловых эфиров целлюлозы суспензионным способом. Сборник научных трудов Ангарского государственного технического университета. 2006. № 1. С. 176-179. Niskovskaya M.Yu., Cherneckaya N.V., Ul'yanov B.A., Bragina O.A., Bogdanov V.S. K voprosu o poluchenii karboksimetilovyh efirov cellyulozy suspenzionnym sposobom. Sbornik nauchnyh trudov Angarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2006. № 1. S. 176-179. Светлов С.А. Разработка оборудования производства натрий-карбоксиметилцеллюлозы. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2019. Т. 55. № 6. С. 3-6. Svetlov S.A. Razrabotka oborudovaniya proizvodstva natriy-karboksimetilcellyulozy. Himicheskoe i neftegazovoe mashinostroenie. 2019. T. 55. № 6. S. 3-6. Горшкова Т.А., Микшина П.В., Гурьянов О.П., Челнокова С.Б. Формирование надмолекулярной структуры растительной клеточной стенки. Обзор. Биохимия. 2010. Т. 75. № 2. С. 196-213. Gorshkova T.A., Mikshina P.V., Gur'yanov O.P., Chelnokova S.B. Formirovanie nadmolekulyarnoy struktury rastitel'noy kletochnoy stenki. Obzor. Biohimiya. 2010. T. 75. № 2. S. 196-213. Lev-Yadun S. Plant fibers: initiation, growth, model plants, and open questions. Физиология растений. 2010. Т. 57. № 3. С. 323-333. Lev-Yadun S. Plant fibers: initiation, growth, model plants, and open questions. Fiziologiya rasteniy. 2010. T. 57. № 3. S. 323-333. Логинова С.В., Латуга А.А. Модель структуры измельчённой целлюлозы. Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2016. Т. 20. № 2. С. 132-136. Loginova S.V., Latuga A.A. Model' struktury izmel'chennoy cellyulozy. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa - Lesnoy vestnik. 2016. T. 20. № 2. S. 132-136. Подгорбунских Е.М., Булина Н.В., Бычков А.Л., Ломовский О.И. Разупорядочение кристаллической структуры целлюлозы при механической активации. Журнал структурной химии. 2018. Т. 59. № 1. С. 204-211. URL: https://doi.org/10.1134/S0022476618010328 Podgorbunskih E.M., Bulina N.V., Bychkov A.L., Lomovskiy O.I. Razuporyadochenie kristallicheskoy struktury cellyulozy pri mehanicheskoy aktivacii. Zhurnal strukturnoy himii. 2018. T. 59. № 1. S. 204-211. URL: https://doi.org/10.1134/S0022476618010328 Huang L., Wu Q., Wang Q., Wolcott M. Mechanical activation and characterization of micronized cellulose particles from pulp fiber. Industrial Crops and Products. 2019. V. 141. 111750. URL: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111750 Huang L., Wu Q., Wang Q., Wolcott M. Mechanical activation and characterization of micronized cellulose particles from pulp fiber. Industrial Crops and Products. 2019. V. 141. 111750. URL: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111750 Lee H., Mani S. Mechanical pretreatment of cellulose pulp to produce cellulose nanofibrils using a dry grinding method. Industrial Crops and Products. 2017. V. 104. Р. 179-187. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.04.044 Lee H., Mani S. Mechanical pretreatment of cellulose pulp to produce cellulose nanofibrils using a dry grinding method. Industrial Crops and Products. 2017. V. 104. R. 179-187. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.04.044 Кухленко А.А., Орлов С.Е., Карпов А.Г., Иванова Д.Б., Иванов О.С., Василишин М.С., Берещинова М.Н. Исследование процесса щелочной делигнификации плодовых оболочек овса в роторно-пульсационном аппарате методами математического планирования эксперимента. Химическая технология. 2015. Т. 16. № 7. С. 443-447. Kuhlenko A.A., Orlov S.E., Karpov A.G., Ivanova D.B., Ivanov O.S., Vasilishin M.S., Bereschinova M.N. Issledovanie processa schelochnoy delignifikacii plodovyh obolochek ovsa v rotorno-pul'sacionnom apparate metodami matematicheskogo planirovaniya eksperimenta. Himicheskaya tehnologiya. 2015. T. 16. № 7. S. 443-447. Skiba E.A., Baibakova O.V., Budaeva V.V., Pavlov I.N., Vasilishin M.S., Makarova E.I., Sakovich G.V., Ovchinnikova E.V., Banzaraktsaeva S.P., Vernikovskaya N.V., Chumachenko V.A. Pilot technology of ethanol production from oat hulls for subsequent conversion to ethylene. Chemical Engineering Journal. 2017. V. 329. Р. 178–186. DOI: 10.1016/j.cej.2017.05.182 Skiba E.A., Baibakova O.V., Budaeva V.V., Pavlov I.N., Vasilishin M.S., Makarova E.I., Sakovich G.V., Ovchinnikova E.V., Banzaraktsaeva S.P., Vernikovskaya N.V., Chumachenko V.A. Pilot technology of ethanol production from oat hulls for subsequent conversion to ethylene. Chemical Engineering Journal. 2017. V. 329. R. 178–186. DOI: 10.1016/j.cej.2017.05.182 Шамин К.И., Чернов А.А., Зотов В.Г., Смирнов А.В., Чижевский О.Т. Устройство для распушивания целлюлозы из спрессованных кип: патент RU 149010 U1. Опубл. 20.12.2014. Shamin K.I., Chernov A.A., Zotov V.G., Smirnov A.V., Chizhevskiy O.T. Ustroystvo dlya raspushivaniya cellyulozy iz spressovannyh kip: patent RU 149010 U1. Opubl. 20.12.2014. Веселов В.М., Абрамов Я.К., Залевский В.М., Тамурка В.Г., Ватуева О.Б., Володин В.С., Гукасов Н.А., Маршанникова Л.М. Способ повышения качества и реакционной способности целлюлозы: патент RU 2609803 (C1). Опубл. 06.02.2017. Veselov V.M., Abramov Ya.K., Zalevskiy V.M., Tamurka V.G., Vatueva O.B., Volodin V.S., Gukasov N.A., Marshannikova L.M. Sposob povysheniya kachestva i reakcionnoy sposobnosti cellyulozy: patent RU 2609803 (C1). Opubl. 06.02.2017. Чащилов Д.В. Исследование процесса разволокнения листовой целлюлозы. Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных с международным участием. Бийск: Изд-во АлтГТУ, 2020. С. 224-228. Chaschilov D.V. Issledovanie processa razvolokneniya listovoy cellyulozy. Tehnologii i oborudovanie himicheskoy, biotehnologicheskoy i pischevoy promyshlennosti: materialy XIII Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh s mezhdunarodnym uchastiem. Biysk: Izd-vo AltGTU, 2020. S. 224-228. Чащилов Д.В. Исследование работы двухвального горизонтального червячно-лопастного смесителя в непрерывнодействующем режиме в производстве натрий-карбоксиметилцеллюлозы. Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы XII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. Бийск: Изд-во АлтГТУ, 2019. С. 349-354. Chaschilov D.V. Issledovanie raboty dvuhval'nogo gorizontal'nogo chervyachno-lopastnogo smesitelya v nepreryvnodeystvuyuschem rezhime v proizvodstve natriy-karboksimetilcellyulozy. Tehnologii i oborudovanie himicheskoy, biotehnologicheskoy i pischevoy promyshlennosti: materialy XII Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh s mezhdunarodnym uchastiem. Biysk: Izd-vo AltGTU, 2019. S. 349-354. Чащилов Д.В., Кашин А.А. О новом варианте метода испытаний целлюлозы на смачиваемость. Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы XI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. Бийск: Изд-во АлтГТУ, 2018. С. 238-243. Chaschilov D.V., Kashin A.A. O novom variante metoda ispytaniy cellyulozy na smachivaemost'. Tehnologii i oborudovanie himicheskoy, biotehnologicheskoy i pischevoy promyshlennosti: materialy XI Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh s mezhdunarodnym uchastiem. Biysk: Izd-vo AltGTU, 2018. S. 238-243. Вураско А.В., Минакова А.Р., Дрикер Б.Н., Спиваков В.П., Косачёва А.М. Технология получения целлюлозы из недревесного растительного сырья. Химия растительного сырья. 2010. Т. 14. № 2. С. 165-168. Vurasko A.V., Minakova A.R., Driker B.N., Spivakov V.P., Kosacheva A.M. Tehnologiya polucheniya cellyulozy iz nedrevesnogo rastitel'nogo syr'ya. Himiya rastitel'nogo syr'ya. 2010. T. 14. № 2. S. 165-168. Юсупов Ф.Т., Саетшин А.А., Валишина З.Т., Борбузанов В.Г., Матухин Е.Л. Совершенствование технологий разволокнения, агреагирования и кондиционирования целлюлозных материалов. Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 6. С. 76-78. Yusupov F.T., Saetshin A.A., Valishina Z.T., Borbuzanov V.G., Matuhin E.L. Sovershenstvovanie tehnologiy razvolokneniya, agreagirovaniya i kondicionirovaniya cellyuloznyh materialov. Vestnik tehnologicheskogo universiteta. 2017. T. 20. № 6. S. 76-78. Борбузанов В.Г., Матухин Е.Л., Юсупов Ф.Т., Валишина З.Т., Косточко А.В. Автоматизированный комплекс подготовки целлюлозного сырья новой физической формы. Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 1. С. 297-299. Borbuzanov V.G., Matuhin E.L., Yusupov F.T., Valishina Z.T., Kostochko A.V. Avtomatizirovannyy kompleks podgotovki cellyuloznogo syr'ya novoy fizicheskoy formy. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. 2015. T. 18. № 1. S. 297-299. Антонова Н.М., Пузанова А.С., Небрат А.А. Сравнительный анализ структуры листовой и модифицированной целлюлозы. Инженерный вестник Дона. 2020. № 3 (63). С. 39-46. Antonova N.M., Puzanova A.S., Nebrat A.A. Sravnitel'nyy analiz struktury listovoy i modificirovannoy cellyulozy. Inzhenernyy vestnik Dona. 2020. № 3 (63). S. 39-46.