Влияние вида ножевой размалывающей гарнитуры на процесс получения микрокристаллической целлюлозы
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-2-152-165Ключевые слова:
размол волокнистых материалов, микрокристаллическая целлюлоза, размалывающая гарнитура, гидролиз, фибрилляция, дисковая мельница, деструкция, степень полимеризацииАннотация
Показана возможность интенсификации процесса получения микрокристаллической целлюлозы с использованием предварительного размола волокнистых полуфабрикатов перед гидролизом. Рассмотрены технологические факторы, определяющие размол волокнистых материалов. На эффективность процесса получения микрокристаллической целлюлозы влияет выбор технологии ее производства. Для размола
использовалась полупромышленная дисковая мельница с размалывающей гарнитурой с прямолинейной и криволинейной формами ножей. Построены мультифизические модели течения волокнистой массы в зоне размола дисковой мельницы при разных рисунках размалывающих ножевых гарнитур. Морфологические свойства волокна измерены на автоматическом анализаторе волокна Morfi Neo после размола до 65 °ШР. Проанализирован характер изменения свойств беленой сульфатной лиственной и хвойной целлюлозы. Выяснено, что он идентичен для всех степеней помола, но в наибольшей степени количественные характеристики изменяются при размоле хвойной целлюлозы с использованием прямолинейной гарнитуры: средневзвешенная длина волокон уменьшается на 17 %, ширина – на 14 %; содержание обломанных волокон увеличивается на 22 %, мелочи по длине – на 67 %, индекс фибрилляции – в 1,9 раза. Проведен сравнительный анализ значений степени полимеризации в зависимости от рисунка размалывающих ножевых гарнитур. Определены условия получения микрокристаллической целлюлозы после размола волокнистой массы в полупромышленной дисковой мель нице в зависимости от степени помола. Показано, что с повышением степени помола волокнистой массы с 15 до 65 °ШР степень полимеризации микрокристаллической целлюлозы снижается с 272 до 120, концентрация соляной кислоты – с 2,5 до 1,5 н., продолжительность гидролиза – со 120 до 90 мин. Разработанный метод получения микрокристаллической целлюлозы позволяет сократить расходы на химическую обработку волокнистой массы (концентрацию кислоты, продолжительность обработки и температуру гидролиза) в 1,5 раза.
Скачивания
Библиографические ссылки
Алашкевич Ю.Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых материалов в размольных машинах: дис. … д-ра техн. наук. Л., 1980. 334 с. Alashkevich Yu.D. Fundamentals of the Theory of Hydrodynamic Processing of Fibrous Materials in Grinding Machines: Doc. Techn. Sci. Diss. Leningrad, 1980. 334 p. (In Russ.).
Алашкевич Ю.Д., Решетова Н.С. Теория и проектирование машин и оборудования в промышленности. Ч. 1. Красноярск: СибГТУ, 2013. 197 с. Alashkevich Yu.D., Reshetova N.S. Theory and Design of Machinery and Equipment in the Industry. Part 1. Krasnoyarsk, SibSTU Publ., 2013. 197 p. (In Russ.).
Алашкевич Ю.Д., Решетова Н.С., Марченко Р.А. Теория и конструкция машин и оборудования отрасли: практикум / СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Красноярск, 2020. 96 с. Alashkevich Yu.D., Reshetova N.S., Marchenko R.A. Theory and Design of Machinery and Equipment of the Branch: Practicum. Krasnoyarsk, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology Publ., 2020. 96 p. (In Russ.).
Гаузе А.А., Гончаров В.Н. Машины для размола и сортирования бумажной массы: конспект лекций. Л., 1975. 115 с. Gause A.A., Goncharov V.N. Machines for Grinding and Sorting Paper Pulp: Lecture Notes. Leningrad, 1975. 115 p. (In Russ.).
Дятлов Е.С., Рублев А.И., Кондрашов А.И., Литвинов А.Б. Дисковые мельницы отечественного производства для целлюлозно-бумажной промышленности // Целлюлоз.-бум. машиностроение. 1974. № 1. С. 1–5. Dyatlov E.S., Rublev A.I., Kondrashov A.I., Litvinov A.B. Disc Mills of Domestic Production for Pulp and Paper Industry. Tsellyulozno-bumazhnoe mashinostroenie, 1974, no. 1, pp. 1–5. (In Russ.).
Иванов С.Н. Технология бумаги. 3-е изд. М.: Шк. бумаги, 2006. 696 с. Ivanov S.N. Paper Technology. 3rd ed. Moscow, Shkola Bumagi Publ., 2006. 696 p. (In Russ.).
Каплёв Е.В., Юртаева Л.В., Алашкевич Ю.Д., Таразеев Д.С. Исследование механических прочностных свойств целлюлозы, полученной из биоповрежденной древесины // Современные тенденции развития химической технологии, промышленной экологии и экологичческой безопасности: материалы III Всерос. науч.-практ. конф. с участием молодых ученых, Санкт-Петербург, 7–8 апр. 2022 г. СПб.: СПбГУПТД, 2022. С. 25–28. Kaplyov E.V., Yurtayeva L.V., Alashkevich Yu.D., Tarazeev D.S. Investigation of Mechanical Strength Properties of Cellulose Obtained from Bio-Damaged Wood. Modern Trends in the Development of Chemical Technology, Industrial Ecology and Environmental Safety: Materials of the 3rd All-Russian Scientific and Practical Conference with the Participation of Young Scientists (St. Petersburg, April 7–8, 2022). St. Petersburg, Saint Petersburg State University of Industrial Technologies and Design Publ., 2022, pp. 25–28. (In Russ.).
Легоцкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 222 с. Legotskiy S.S., Goncharov V.N. Grinding Equipment and Preparation of Paper Pulp. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1990. 222 p. (In Russ.).
Легоцкий С.С., Лаптев Л.Н. Размол бумажной массы. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 93 с. Legotskiy S.S., Laptev L.N. Paper Pulp Grinding. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1981. 93 p. (In Russ.).
Оболенская А.В., Щеголев В.П., Аким Г.Л., Аким Э.Л., Коссович Н.Л., Емельянова И.З. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1965. 411 с. Obolenskaya A.V., Shchegolev V.P., Akim G.L., Akim E.L., Kossovich N.L., Emelyanova I.Z. Practical Work on the Chemistry of Wood and Pulp. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1965. 411 p. (In Russ.).
Патент 2147057 РФ, МПК D21C 9/00, C08B 1/02. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: № 99117051: заявл. 04.08.1999: опубл. 27.03.2000 / А.П. Карманов, Л.С. Кочева, А.А. Киселева. Karmanov A.P., Kocheva L.S., Kiseleva A.A. Method for Producing Microcrystalline Cellulose. Patent RF, no. RU 2147057 С1, 2000. (In Russ.).
Патент 2155192 РФ, МПК C08B 15/02. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: № 99116394: заявл. 04.08.1999: опубл. 27.08.2000 / А.В. Тихомиров, Р.А. Буланов. Tikhomirov A.V., Bulanov R.A. Method for Producing Microcrystalline Cellulose. Patent RF, no. RU 2155192 С1, 2000. (In Russ.).
Патент 2178033 РФ, МПК D21C 1/04, C08B 15/00. Способ получения микрокристаллической целлюлозы из соломы злаковых: № 2006126226: заявл. 19.07.2006: опубл. 10.12.2007 / Б.Н. Кузнецов, В.Г. Данилов, О.В. Яценкова, Е.Ф. Ибрагимова. Kuznetsov B.N., Danilov V.G., Yatsenkova O.V., Ibragimova E.F. Method for Producing Microcrystalline Cellulose from Cereal Straw. Patent RF, no. RU 2178033 С1, 2007. (In Russ.).
Патент 2307833 РФ, МПК D21D 1/30, B02C 7/12. Размалывающая гарнитура: № 2006110647: заявл. 03.04.2007: опубл. 10.10.2007 / Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев, В.Ф. Харин, А.П. Мухачев. Alashkevich Yu.D., Kovalev V.I., Kharin V.F., Mukhachev A.P. Tacking. Patent RF, no. RU 2307833 С1, 2007. (In Russ.).
Патент 2314381 РФ, МПК D21D 1/30, B02C 7/12. Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы: № 2006121711: заявл. 19.06.2006: опубл. 10.01.2008 / Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев, А.А. Набиева. Alashkevich Yu.D., Kovalev V.I., Nabieva A.A. Tacking for a Disc Mill. Patent RF, no. RU 2314381 С1, 2008. (In Russ.).
Патент 2395636 РФ, МПК D21B 1/36, D21C 1/04, C08B 1/00, C08B 15/02. Способ получения микрокристаллической целлюлозы из автогидролизованной древесины: № 2009126875: заявл. 13.07.2009: опубл. 27.07.2010 / Б.Н. Кузнецов, В.Г. Данилов, О.В. Яценкова, Е.Ф. Ибрагимова. Kuznetsov B.N., Danilov V.G., Yatsenkova O.V., Ibragimova E.F. Method for Producing Microcrystalline Cellulose from Autohydrolyzed Wood. Patent RF, no. RU 2395636 С1, 2010. (In Russ.).
Патент 2797202 РФ, МПК D21С 1/04, C08B 15/00. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: № 2022132617: заявл. 13.12.2022: опубл. 31.05.2023 / Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев, Л.В. Юртаева, Е.В. Каплёв, Р.А. Марченко. Alashkevich Yu.D., Kovalev V.I., Yurtayeva L.V., Kaplyov E.V., Marchenko R.A. Method for Producing Microcrystalline Cellulose. Patent RF, no. 2797202 C1, 2023. (In Russ.).
Симигин П.С. О размоле и размалывающем оборудовании // Бум. пром-сть. 1970. № 6. С. 15–17. Simigin P.S. On Grinding and Grinding Equipment. Bumazhnaya promyshlennost’, 1970, no. 6, pp. 15–17. (In Russ.).
Юртаева Л.В., Алашкевич Ю.Д. Способ получения микрокристаллической целлюлозы на основе биоповрежденной древесины // Хвойные бореал. зоны. 2022. Т. XL, № 2. С. 158–163. Yurtayeva L.V., Alashkevich Yu.D. A Method for Producing Microcrystalline Cellulose Based on Bio-Damaged Wood. Khvoinye boreal’noi zony = Conifers of the Boreal Area, 2022, vol. XL, no. 2, pp. 158–163. (In Russ.). https://doi.org/10.53374/1993-0135-2022-2-158-163
Юртаева Л.В., Алашкевич Ю.Д., Каплёв Е.В., Слизикова Е.А. Влияние размола однолетних растительных полимеров на процесс получения мелкодисперсной целлюлозы // Хвойные бореал. зоны. 2023. Т. XLI, № 4. С. 361–368. Yurtayeva L.V., Alashkevich Yu.D., Kaplev E.V., Slizikova E.A. The Effect of Grinding Annual Plant Polymers on the Process of Obtaining Fine Cellulose. Khvoinye boreal’noi zony = Conifers of the Boreal Area, 2023, vol. XLI, no. 4, pp. 361–368. (In Russ.). https://doi.org/10.53374/1993-0135-2023-4-361-368
García Hernández M.A., Marure A.L., Neira Velázquez M.G., Mariano Torres J.A., Galvan A.A. Microcrystalline Cellulose Isolation – Proposed Mechanism: Enhanced Coupling. BioResources, 2023, vol. 18, iss. 1, pp. 1788–1802. https://doi.org/10.15376/biores.18.1.1788-1802
Hermawan D., Lai T.K., Jafarzadeh S.J., Gopakumar D.A., Hasan M., Owolabi F.A.T., Sri Aprilia N.A., Rizal S., Abdul Khalil H.P.S. Development of SeaweedBased Bamboo Microcrystalline Cellulose Films Intended for Sustainable Food Packaging Applications. BioResources, 2019, vol. 14, iss. 2, pp. 3389–3410. https://doi.org/10.15376/biores.14.2.3389-3410
Hou W., Ling C., Shi S., Yan Z. Preparation and Characterization of Microcrystalline Cellulose from Waste Cotton Fabrics by Using Phosphotungstic Acid. International Journal of Biological Macromolecules, 2019, vol. 123, pp. 363–368. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.112
Ilyas R.A., Sapuan S.M., Ishak M.R., Zainudin E.S., Atikah M.S. Characterization of Sugar Palm Nanocellulose and its Potential for Reinforcement with a Starch-Based Composite. Sugar Palm Biofibers, Biopolymers, and Biocomposites. 1st ed. Boca Raton, CRC Press, 2018, chapt. 10. https://doi.org/10.1201/9780429443923-10
Kale R.D., Bansal P.S., Gorade V.G. Extraction of Microcrystalline Cellulose from Cotton Sliver and its Comparison with Commercial Microcrystalline Cellulose. Journal of Polymers and the Environment, 2018, vol. 26, pp. 355–364. https://doi.org/10.1007/S10924-017-0936-2
Kushnir E.Yu., Autlov S.A., Bazarnova N.G. Preparation of Microcrystalline Cellulose Directly from Wood under Microwave Radiation. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2015, vol. 41, pp. 713–718. https://doi.org/10.1134/S1068162015070079
Li T., Chen C., Brozena A.H., Hu L., Zhu J.Y., Xu L., Driemeier C., Dai J., Rojas O.J., Isogai A., Wågberg L., Hu L. Developing Fibrillated Cellulose as a Sustainable Technological Material. Nature, 2021, vol. 590, pp. 47–56. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03167-7
Microcrystalline Cellulose (MCC) Market by Source Type and Application: Global Opportunity Analysis and Industry Forecast 2018 – 2025. Portland, Allied Market Research, 2018. 212 p.
Queiroz A.L.P., Kerins B.M., Yadav J., Farag F., Faisal W., Crowley M.E., Lawrence S.E., Moynihan H.A., Healy A.-M., Vucen S., Crean A.M. Investigating Microcrystalline Cellulose Crystallinity using Raman Spectroscopy. Cellulose, 2021, vol. 28, pp. 8971–8985. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04093-1
Tan W.Y., Gopinath S.C.B., Anbu P., Velusamy P., Gunny A.A.N., Chen Y., Subramaniam S. Generation of Microcrystalline Cellulose from Cotton Waste and its Properties. BioResources, 2023, vol. 18, iss. 3, pp. 4884–4896. https://doi.org/10.15376/ biores.18.3.4884-4896
Vasilyeva D.Yu., Yurtaeva L.V., Marchenko R.A., Kaplyov E.V., Zyryanov D.E., Reshetova N.S. Investigation of the Influence of the Pattern of a Disc Mill Set on the Process of Obtaining Powdered Pulp. Journal of Physics: Conference Series, 2021, Krasnoyarsk, vol. 2094, art. no. 042050. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2094/4/042050
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
