Технология получения экстрактивных веществ из древесины лиственницы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Малков, Юрий Алексеевич

• Малков, Юрий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Малков, Юрий Алексеевич

Введение.

Глава 1 Обзор литературы.

1.1 Методы выделения экстрактивных веществ из древесины лиственницы

1.2 Теоретические основы процесса экстракции из древесины.

1.3 Выводы и направления исследований.

1.3.1 Выводы по литературному обзору.

1.3.2 Цели и задачи исследования.

Глава 2 Физико-химические свойства древесины и растворов основных экстрактивных веществ в этилацетате и воде.

2.1 Влагоемкость древесины лиственницы.

2.2 Определение растворимости дигидрокверцетина.

2.3 Определение динамической вязкости и плотности растворов ДКВ.

2.3.1 Динамическая вязкость раствора ДКВ в этилацетате.

2.3.2 Динамическая вязкость раствора ДКВ в воде.

2.3.3 Плотность растворов ДКВ.

2.4 Температура кипения растворов ДКВ в этилацетате.

2.5 Исследования равновесия этилацетат - вода.

2.6 Распределение экстрактивных веществ древесины лиственницы в системе этилацетат - вода.

Глава 3 Исследование кинетики экстракции.

3.1 Процессы экстракции и растворения в системе твердое тело-жид кость.

3.2 Исследование кинетики извлечения экстрактивных веществ из древесины лиственницы.

Глава 4 Выделение экстрактивных веществ из экстракта.

4.1 Общие сведения о составе экстрактивных веществ.

4.2 Исследование процесса дистилляции экстракта.

4.3 Данные расчета дистилляции экстракта.

4.4 Исследование процесса дистилляции совмещенного с экстракцией.

4.5 Исследование теплообмена при дистилляции экстракта.

Глава 5 Технологическая часть.

5.1 Комплексная технология переработки лиственницы.

5.2 Технологическая схема производства ДКВ и СЛЭ и описание технологического процесса.

5.3 Математическое моделирование технологических процессов извлечения экстрактивных веществ из древесины лиственницы.

Глава 6 Технико-экономические показатели производства по извлечению экстрактивных веществ из древесины лиственницы.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология получения экстрактивных веществ из древесины лиственницы»

Углубляющийся кризис органического сырья способствует привлечению внимания исследователей и технологов к использованию возобновляемых растительных ресурсов, к их глубокой переработке с целью получения максимального выхода полезных продуктов. Одним из перспективных видов органического сырья является древесина лиственницы и отходы ее переработки.

Особое внимание исследователей к древесине лиственницы определяется ее большими запасами в нашей стране, особенностями ее физико-химических свойств и составом компонентов. Наибольший интерес биомасса лиственницы представляет благодаря наличию в ней специфических экстрактивных веществ с широким спектром практически полезных свойств. Промышленное освоение лиственничных лесов сдерживается экономическими и экологическими факторами, обусловленными все более жесткими требованиями к регламентации отходов производства. В целлюлозно-бумажной промышленности по технологическим регламентам допускается переработка древесного сырья содержащего лишь 10 % древесины лиственницы, так как в большем количестве она ухудшает технико-экономические показатели производства и качество целлюлозы. При получении пиломатериалов в отходы попадает около 40% древесины (кора, горбыль, опилки), которые либо сжигаются, либо уходят в отвал. Существующие в настоящее время производства по переработке древесины чаще всего узкопрофильные, что приводит к образованию многотоннажных отходов. В связи с этим разработка новых подходов к комплексной переработке древесины с целью снижения техногенных загрязнений, повышения экологической безопасности и рентабельности производства весьма актуальна. Учитывая, что основные запасы лиственницы находятся в Сибири и на Дальнем Востоке, вовлечение ее биомассы в углубленную переработку позволит более рационально распоряжаться имеющимися ресурсами.

Нужно отметить, что одним из стратегических направлений развития "малой химии" в XXI веке является разработка технологий глубокой химической переработки низкокачественной древесины, коры, древесной зелени. Становится все более актуальной безотходная химическая переработка коры и древесины с получением природных биологически активных веществ, экологически чистых удобрений, кормовых добавок и продуктов лечебно-профилактического и медицинского назначения. В настоящее время ресурсы биомассы дерева, которая является сырьевой базой "малой химии", используются в нашей стране не более чем на 10 %. Имеющиеся технологии получения лесохимических продуктов несовершенны, что не позволяет достигнуть той степени развития этой отрасли, которая имеется в развитых странах.

Создание технологии безотходной переработки биомассы лиственницы предполагает получение новых биологически активных природных продуктов, необходимых для удовлетворения нужд медицины, фармакологии, сельского хозяйства, парфюмерно-косметической промышленности [1]. Одновременно решаются экологические проблемы утилизации отходов деревоперерабатывающих производств.

Задачи по исследованию процесса экстракции древесины и коры лиственницы двухфазной системой растворителей являются фундаментальными в области химии древесины. Это направление исследований предполагает изучение кинетики процесса извлечения экстрактивных веществ из биомассы лиственницы, определение коэффициентов диффузии и массопередачи, исследование физико-химических характеристик процесса переноса, его природы и механизма при извлечении экстрактивных веществ из биомассы дерева, создание математической модели процесса экстракции.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Малков, Юрий Алексеевич

Выводы

1. Разработан способ выделения ДКВ и смолистых веществ из древесины лиственницы с использованием системы этилацетат - вода, которая обеспечивает высокую степень извлечения продуктов, достигающую 95 % с сохранением их нативных свойств.

2. Новая технология предусматривает совмещение процесса дистилляции и экстракции ДКВ из этилацетатного экстракта в одну стадию. Это обеспечивает эффективное разделение ДКВ и смолистых веществ и практически полную регенерацию растворителя.

3. Исследован процесс кипения гетерогенной смеси этилацетат - вода в условиях перегрева дисперсной фазы. Установлено, что интенсивность теплообмена в условиях перегрева значительно выше, чем при обычном кипении. Получена зависимость коэффициента теплоотдачи к жидкости от удельной тепловой нагрузки.

4. Впервые проведено исследование физико-химических свойств растворов ДКВ в этилацетате и воде. Данные по коэффициентам диффузии, плотности, вязкости и растворимости определены в виде эмпирических зависимостей, которые использованы при проведении технологических расчетов.

5. На основе аппарата теории графов синтезирована технологическая схема процесса получения экстрактивных веществ из древесины лиственницы и выполнена ее оптимизация по материальным и тепловым потокам.

6. На основе выполненных исследований спроектирована, изготовлена и пущена в эксплуатацию промышленная установка по производству ДКВ мощностью 2500 кг/год. Рентабельность действующего производства составляет свыше 300 %, что свидетельствует о его высокой экономической эффективности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Малков, Юрий Алексеевич, 2006 год

1. Ягодин В.И. Стратегические направления развития «малой лесохимии» в XXI веке// Материалы международной научной конференции РАЕН. -Москва. -2000,-С. 128-134.

2. Левин Э.Д., Денисов О.Б., Пен Р.З. Комплексная переработка лиственницы, -М.: Лесная пром-сть , 1978 224 с.

3. Бабкин В.А., Иванова С.З., Федорова Т.Е., Иванова Н.В., Федоров C.B., Остроухова Л.А., Малков Ю.А. Флавоноидные соединения коры лиственницы сибирской и лиственницы Гмелина// Химия растительного сырья, 2002, - № 4, - С.5-13.

4. Тюкавкина H.A., Лаптева К.И., Медведева С.А. Фенольные экстрактивные вещества рода Larix (обзор).// Химия древесины, 1973.-вып. 13,-С. 3-19

5. Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина. Химия, ультраструктура, реакции. -М.: Лесная пром-сть,- 1988, 511 с.

6. Бабкин В.А., Остроухова Л.А., Дьячкова С.Г., Святкин Ю.К., Бабкин Д.В., Онучина H.A. Безотходная комплексная переработка биомассы лиственницы сибирской и даурской //Химия в интересах устойчивого развития, 1997, - № 5, - С. 105-115

7. Gripenberg J.// Acta Chem. Scand. 1952, - 6, P. 1152

8. Brewerton H.V.// New Zel. J. Sei. Techn., 1956, - 37B, P. 626

9. Колхир B.C., Тюкавкина H.A., Быков B.A. и др.. Диквертин новое антиоксидантное и капилляропротекторное средство// Хим.-фарм. Журнал, - 1995,- № 9,- С. 61-64

10. Тюкавкина H.A., Арзамазцев А.П., Руленко И. А. и др.. Стандартизация нового препарата «Диквертин»//Сб. научн. трудов НИИ фармации Минздрава и Медпрома РФ, -T. XXXIV- М,: 1995, С. 77-81

11. Тесёлкин Ю.О., Бабенкова И.В., Клебанов Г.И. и др.. Антиоксидантное действие дигидрокверцетина при общем у-облучении //

12. Вопросы биол., мед. и фармацевт, химии,-1999,- № 2. С.45-48.

13. Теселкин Ю.О., Жамбалова Б.А., Бабенкова И.В. и др.. Антиоксидантные свойства дигидрокверцетина // Биофизика, -1996. -Т. 41, № 3. С. 620-623.

14. Бабкин В.А., Ульданов В.Г., Остроухова JT.A., Рязанова В.А. Диквертин в лечении воспалительных заболеваний глаз // Человек и лекарство: Материалы VI Российского национального конгресса. -Москва,-1999. -С. 274-275

15. Рязанова В.А., Чекмарёва JI.T., Ульданов В.Г., Щуко А.Г., Остроухова JI.A., Бабкин В.А. Диквертин в офтальмологической практике // Человек и лекарство: Материалы V Российского национального конгресса. -Москва.- 1998. -С. 274-275

16. Бабкин В.А., Остроухова Л.А., Иванова С.З., Малков Ю.А., Онучина H.A., Бабкин Д.В. Биологически активные вещества древесины лиственницы // Химия в интересах устойчивого развития. -2001.- № 3. -С. 363-367.

17. Пат. № 2003260 Рос. Федерация, МПК6 А 23 С9/00, G01 N33/04. Способ производства массы для сахаристых кондитерских изделий на жировой основе/ Болдина Г.Н., Кондакова И.А. и др.. Опубл. -1993, Бюл. -№ 43-44.

18. Тюкавкина H.A., Руленко И. А., Колесник Ю.А. Природные флавоноиды как пищевые антиоксиданты и биологически активные добавки // Вопросы питания. 1996.-№ 2.- С. 33-38.

19. Kurth E.F. Producing Pure Dihydrquercetin // Patent 2744919 US,- 1952. C.A. 1956.- Vol.50,- № 22, -1687h

20. Pew J.C. A flavanon from Douglas-fir heartwood // J. Amer. Chem. Soc. 1948. Vol. 70.-P. 3031—3034.

21. Иванова С.З., Федорова Т.Е., Остроухова JI.A., Федоров C.B., Онучина H.A., Бабкин В.А. Полимер дигидрокверцетина из древесины лиственницы сибирской и даурской // Химия растительного сырья.- 2001. -Вып.4. С. 21-24.

22. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: Распространение, метаболизм и функции в растениях.- М.: -Наука, -1993. 272 с.

23. Семенов A.A. Очерк химии природных соединений // Новосибирск: Наука, -2000, 664 с.

24. Ралдугин В.А., Козлов В.Е., Чекуров В.М. Цембрановые спиты новый тип гормональных ингибиторов роста растений// Химия природных соединений, 1981, №6 - С. 733-738

25. Анисимова К.И., Антоновский С.Д., Белозерова JI.A., Зайцева А.Ф., Штейнбок С.Д. Лиственница как источник получения ряда полезных веществ // Растительные ресурсы. -1965.-Т.1,- вып.1. С. 74-83

26. Лисина А.И., Вольский Л.Н., Леонтьева В.Г., Пентегова В.А. Экстрактивные вещества ядра и заболони Larix daurica Turcz.// Известия СО АН СССР.-Сер. хим.наук.- 1969.- Вып. 6,- № 14. С. 102-104

27. Тюкавкина H.A., Антонова Г.Ф. Изучение химического состава водных экстрактов сибирской лиственницы // Изв. СО АН СССР.- Сер. хим. наук. -1969.-ВЫП. 4.-№9.-С. 112-115

28. A.c. №351847 СССР, МПК6 А61К35/78. Способ выделения дигидрокверцетина/ Тюкавкина H.A., Антонова Г.Ф. Опубл. в юл-1975.-№ 10.-Зс.

29. Диквертин //Фармакопейная статья ФС -42-3854-99.-1999

30. Дигидрокверцетин-стандартный образец // Фармакопейная статья ФС-42-3853-99.-1999

31. Воскобойникова Н.В., Геодакян C.B., Тюкавкина H.A., Остроухова JI.A., Колесник Ю.А., Бабкин В.А. Количественное определение дигидрокверцетина методом ВЭЖХ // Фармация. -1992.-JV» 6. С. 74-75

32. Пат. №2135510 Рос. Федерация. Способ переработки древесины лиственницы и установка для его осуществления /000"ПлУГ"; заявитель и патентообладатель 000"ПлУГ".-№98122659/04; заявл. 21.12.1998; опубл. 27.08.1999, Бюл. № 8-2с.

33. Выродов В.А. и др.. Технология лесохимических производств. -М.: Лесная пром-сть.-1987.-372 е.

34. Чудинов C.B., Трофимов А.Н., и др.. Справочник лесохимика. -М.: Лесная пром-сть.-1987.-272 с.

35. Справочник химика.-Под ред. Никольского В.П.- М.:Химия.-1967.-934 с.

36. А.М.Чащин, М.И.Глухарева. Ацетатные растворители в лесохимической промышленности. -М.: Лесная пром-сть, -1988.-192 с.

37. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия.-1973.-752 с.

38. Аксельруд Г.А., Альтшулер М.А. Введение в капиллярно-химическую технологию. М.: Химия. -1983.-264 с.

39. Коган В.Б., Волков А.Д. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажной промышленности: М.: Лесная пром-сть. -1980. - 576 с.

40. Бабкин В.А., Остроухова Л.А. Малков Ю.А., Онучина H.A., Еськова Л.А. Эффективный антиоксидант из древесины лиственницы // Хвойные бореальной зоны. -Вып. 1, Лиственница. -Красноярск,- 2003. -С. 108-113

41. Батунер Л.М., Позин М.Е. Математические методы в химическойтехнике. JI.: Химия.- 1971.-824 с.

42. Экстрактивные вещества древесины и значение их в целлюлозно-бумажном производстве. Под ред. Хиллиса В.Э. -М.: Лесная пром-сть. -1965. -505 с.

43. Багатуров С.А. Теория и расчет перегонки и ректификации. -М.: Гостопиздат. -1961. 435 с.

44. Людмирская Г.С., Барсукова Т.А., Богомольный A.M. Равновесие жидкость-пар: Справочник.- Л.: Химия.- 1987. 336 с.

45. Петлюк Ф.Б., Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет.- М.: Химия.- 1983. -304 с.

46. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков A.A. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической промышленности. -Л.: Химия. -1987.576 с.

47. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Теплообменные процессы химической технологии. -М.: Химия.- 1982. 352 с.

48. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия.- 1973.-752 с.

49. Исаев С.И., Кожинов И.А., Кофанов В.И. и др Теория тепломассообмена: Под ред. А.И. Леонтьева. -М.: Высш. школа, -1979. -495 с.

50. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Перов В.Л. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. -М.:Химия.-1974-343 с.

51. Бабкин В.А., Остроухова Л.А., Малков Ю.А. и др.. Комплексная переработка биомассы лиственницы // Химия и технология растительных веществ: материалы II Всеросс. конф-Казань. 2002. - С. 125-126.

52. Бабкин В.А., Остроухова JI.A., Малков Ю.А. и др.. Биологически активные вещества древесины лиственницы// Химия в интересах устойчивого развития. -2001. -Т. 9,- вып. 3. -С. 363-367.

53. Малков Ю.А., Остроухова J1.A., Бабкин В.А. Применение метода математического моделирования для разработки технологии извлечения экстрактивных веществ из древесины лиственницы // Химия растительного сырья.- 2002.-№ 2.- С. 133-138

54. Бабкин В. А., Остроухова J1.A., Малков Ю. А. и др.. Ресурсосберегающая и экологически безопасная переработка древесины и коры лиственницы // Наука производству.- 2004.-№ 1.- С. 52-58

55. Залевский A.A. Экономика химической промышленности. -М.: Химия. 1986. - 192с.

56. Смирницкий Е.К. Экономические показатели промышленности: Справочник.- М.: Экономика.- 1974. 381 с.

57. Злотникова Л.Г. и др.. Организация и планирование производства. -М.: Химия.-1988.-320 с.

58. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ХИМИЯ

59. ООО ИННОВАЦИОННАЯ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА Ifjgg,:1. ХИМИЯ ДРЕВЕСИНЫ1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

60. Малкова Ю.А. осуществлял научно-техническое руководство проектными, монтажными и пуско-наладочными работами производства Дигидрокверцетина-сырца.

61. За период эксплуатации с 2004 по 2006 г.г. технология производства Дигидрокверцетина-сырца показала высокую эффективность.1. Директор А.А. Угренинов412.2006 г.