Опарин С.А.

Государственное высшее учебное заведение

«Украинский государственный химико-технологический университет»,

г. Днепр

  Аннотация:

  В работе представлены перспективные направления использования высокодисперсных растительных отходов, позволяющие решить проблему их утилизации. Показана возможность получения продуктов тонкого измельчения из растительных материалов с заданными характеристиками, что позволяет их использовать в качестве исходного сырья в различных отраслях промышленности.

  Ключевые слова: растительные отходы, тонкое измельчение, дисперсность.

  Основными источниками образования растительных отходов являются сельское хозяйство, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции и предприятия лесоперерабатывающей промышленности. Растительные отходы, такие как древесные опилки, овсяная, хлопковая, рисовая шелуха, подсолнечная, рапсовая лузга, кукурузные кочережки, ореховая скорлупа, пшеничная, рисовая, рапсовая солома и т.п. достигают значительных размеров. 

  Переработка вторичного сырья в нашей стране развита очень слабо, вследствие чего очень большая часть отходов не находит рационального применения. Несмотря на то, что существует значительное количество способов утилизации растительных отходов, проблема их утилизации остается актуальной, так как существующие способы требуют значительных капиталовложений и высоких энергетических затрат на их переработку. 

  Одним из преимуществ растительных отходов является их ежегодная возобновляемость, что делает их перспективным источником сырья и энергии. Чаще всего растительные отходы подвергают предварительному тонкому измельчению с целью последующего использования на различных предприятиях с получением конечного продукта. Процессы измельчения являются одними из наиболее энергоемких, поэтому большинство предприятий, ввиду отсутствия эффективного оборудования по получению высокодисперсных растительных отходов, не считают экономически целесообразным перерабатывать данный вид отходов. 

  Исследователями найдены различные пути использования тонкоизмельченных растительных отходов в промышленности. Так, например, овсяная, хлопковая и рисовая шелуха, кукурузные кочережки, подсолнечная лузга, измельченные до размеров от 10 до 1 мм, могут быть использованы в сельском хозяйстве в качестве кормовых добавок, или непосредственно самих кормов. 

  Измельченная до 0,2-0,1 мм рисовая, хлопковая и овсяная шелуха применяется в производстве кремнийсодержащих материалов (диоксид кремния, карбид кремния, хлорид кремния), фурфурола. 

  Известен способ изготовления плитного материала из растительных отходов деревообрабатывающей промышленности, а именно древесных опилок и стружки, размеры частиц которых составляют от 10 до 0,2 мм. Отходы в виде опилок и стружек (0,2-10 мм) используют для получения древесно-пластических масс. 

  Из измельченных растительных отходов (5-0,1 мм) получают высокосорбционные материалы. Сорбционный материал, полученный на основе растительных отходов можно использовать для решения широкого спектра задач: производство фильтров для очистки воздуха и воды; производство сорбентов для ликвидации разливов нефти в водоёмах; производство пищевых сорбентов, материалов для анализа токсичности атмосферного воздуха. 

  Существует технология создания древесных пластиков без использования синтетического связующего. В результате проведения частичного гидролиза древесины, размеры частиц которых не должны превышать 3 мм, в водной или подкисленной среде, часть гемицеллюлозы становиться растворимой, а в процессе горячего прессования образуются пластики, вследствие чего не требуется применение специальных связующих. 

  Измельченные до размеров частиц 2-0,5мм, растительные отходы используются в энергетических целях и в полной мере заменяют традиционные виды топлив. Особенно возрос интерес к использованию измельченных растительных отходов в последние годы в связи с повышением стоимости традиционных видов топлива и с переходом на альтернативные виды энергии. В качестве источника энергии, измельченные растительные отходы находят широкое применение при производстве топливных брикетов, пеллет, либо используются в сыпучем виде для сжигания в котлах вихревого или факельного типа.

  Широко используются технологии получения из высокодисперсных растительных материалов жидкого биотоплива (этанола, бутанола, дизеля и тд.) и биогаза, что является актуальным и перспективным направлением, в связи со снижением мировых запасов нефти и газа. Данные технологии включают в себя стадию измельчения растительных материалов и последующие стадии химической обработки в зависимости от вида получаемого продукта.

  Установлена возможность получения синтез-газа из измельченных материалов растительного происхождения. Процесс заключается в газификации растительных материалов в присутствии различных окислителей (воздуха, воды, кислорода) при высоких температурах с возможностью получения синтез-газа, который является исходным сырьем при синтезе метана, метанола, аммиака, диметилового эфира, а также может использоваться в качестве восстановительных атмосфер в металургическом производстве. 

  Несмотря на существующие способы использования растительных отходов в промышленности, распространенность их не велика в связи с невозможностью достижения требований, которые предъявляются к измельченным растительным материалам, в частности размер частиц, дисперсный состав, влажность, энергозатраты и т.д.

  Поэтому задача исследований заключается в разработке процесса измельчения с получением высокодисперсных растительных материалов с заданными характеристиками при минимальных энергозатратах. 

  Проведенные экспериментальные исследования процесса измельчения растительных материалов, таких как пшеничная, рисовая солома, подсолнечная лузга, рисовая шелуха, на разработанной мельнице ударно-центробежного действия позволили установить зависимости технологических параметров процесса измельчения и конструктивных параметров мельницы на эффективность процесса тонкого помола.

  Установлено, что содержание частиц размером менее 100мкм в продуктах тонкого помола растительных материалов достигает 98-99% при этом энергозатраты на измельчение составили 250-300 кВт•ч/т. Так как в мельнице ударно-центробежного действия происходит интенсивная турбулизация пылегазового потока, сопровождающаяся значительным выделением тепла, что способствует мгновенному процессу сушки материала, то влажность растительных материалов в процессе тонкого измельчения снизилась от исходной 11-14% до 1-3% (масс.).

  Таким образом, разработанный процесс тонкого измельчения растительных материалов с получением дисперсных продуктов с заданными характеристиками, позволит расширить пути использования растительных отходов в промышленности, что в свою очередь приведет к уменьшению потерь сырья и снизит производственные затраты при производстве готовой продукции.