Интересные факты о строительстве: строительные материалы, получаемые методом взрывного автогидролиза

В Казани разработали высокотехнологичную установку для комплексной переработки древесных отходов на основе взрывного автогидролиза. При заготовке леса, производстве досок, изготовлении мебели и т.д. образуется большое количество щепы, опилок и т.п. Один из наиболее перспективных способов их переработки – это как раз и является взрывной автогидролиз. Данный процесс включает первичную кратковременную обработку древесной щепы или опилок насыщенным водяным паром в интервале температур от +180° до +250°С. Нагревание гемицеллюлозы (сложного полисахарида, являющегося одним из видов клетчатки, которая содержится в клеточных стенках растений, в нашем случае – древесных отходов) приводит к образованию уксусной кислоты, а распад простых сахаров, содержащихся в древесине, ведёт к появлению муравьиной кислоты. Эти вещества, в свою очередь, стимулируют гидролиз (химическую реакцию между веществом и водой, в результате которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений) высокомолекулярных компонентов древесины. После выдержки в реакторе осуществляется резкое снижение давления, при котором обработанный материал «выстреливается» в приёмник. Градиент давления приводит к мгновенному закипанию воды, содержащейся в древесине, что, в свою очередь, стимулирует её распад на отдельные волокна. Вследствие этого процесс получил название взрывной автогидролиз, или парокрекинг.

Ранее древесно-волокнистую массу, полученною методом автогидролиза, точнее содержащуюся в ней целлюлозу, использовали сугубо в химической промышленности, предварительно ее очистив. В предложенной казанскими учеными установке очистка целлюлозы происходит в результате двухэтапной экстракции. На первом этапе продукты взрывного автогидролиза смешиваются с подогретой до +90°С смесью воды и этанола. В ней растворяются молекулы сахаров, содержащиеся в древесно-волокнистой массе. Этот раствор сахаров впоследствии может использоваться для производства различных низкомолекулярных веществ, например фурфурола. Древесная масса, очищенная от первого экстрагента, смешивается со вторым – двухпроцентным раствором гидроксида натрия. На этом этапе целлюлоза освобождается от лигнина. Теперь, после промывки и сушки, она сможет применяться для производства глюкозы, левулиновой кислоты и других химических продуктов.

Но казанские ученые предложили комплексное, фактически безотходное решение, включающее использование отходов древесины. После извлечения необходимых для промышленности химических продуктов, оставшаяся древесная масса идет, в данном случае, на изготовление древесных плит, применяемых в строительстве, в первую очередь для теплоизоляции.

Изготовление данных плит имеет целый ряд преимуществ:

• отсутствие химических реагентов и, как следствие, отсутствие проблем, возникающих при коррозии оборудования;
• отсутствие необходимости регенерации или утилизации химических реагентов;
• безвредность процесса по отношению к окружающей среде;
• отсутствие необходимости дополнительного введения в древесную массу синтетических связующих веществ;
• высокая производительность процесса;
• отсутствие необходимости дополнительных стадий обработки растительного сырья;
• возможность использования низкокачественной древесины.

Описание установки опубликовано в одном из номеров «Вестника Казанского технологического университета». Авторы описывают технические решения, которые позволили снизить энергопотребление установки и сделали весь процесс более экономически выгодным. Например, динамическая энергия «выстрела» в момент снижения давления в реакторе используется для дополнительного механического измельчения материала: он продавливается через заострённые сетчатые насадки. Пар, выделившийся на первом этапе экстракции, направляется в загрузочное устройство и прогревает необработанный древесный материал перед его поступлением в установку. Кроме того, взрывной автогидролиз в установке занимает столько же времени, сколько экстракция сахаров и лигнина из обработанной массы, что обеспечивает высокую производительность установки.

В статье использована информация с сайтов lomonosov-fund.ru и dissercat.com.