Производство и переработка масличного сырья (стр. 7 из 8)
Ход определения. Закрыв нижнее отверстие воронки, засыпают в нее порцию испытуемого материала, после чего указанное отверстие вновь открывают и дают материалу высыпаться в предварительно взвешенный измерительный цилиндр. Постукивание и встряхивание цилиндра не допускается. и наполненный сосуд взвешивают с точностью до 0,1 г.
Насыпную плотность в кг/м3 рассчитывают по формуле:
где m1 – масса измерительного цилиндра; m2 – суммарная масса пробы и измерительного цилиндра.
Материальные расчеты
Таблица 1.
| Для стадии термообработки | |||
| приход | кг | расход | кг |
| 1. ООП | 700 | 1.ООП 2.испарившаяся влага, СО2, СО | 320380 |
| Для стадии окисления | |||
| 2. ООП 3. H2SO4 | 3201090 | 3. наполнитель | 1410 |
| Для стадии промывки | |||
| 1. наполнитель2. вода | 141013700 | 1. наполнитель2. промывная вода(содержащая H2SO4)3. потери наполнителя4. потери промывной воды | 337145043296 |
| Для стадии сушки | |||
| 1. наполнитель | 337 | 1. наполнитель2. влага | 26077 |
2.3.Результаты эксперимента
Отходы промышленного и сельскохозяйственного производства представляют одну из серьезных экологических проблем в РФ. Вопросы утилизации отходов обмолота зерновых культур таких как, например, гречиха, просо, подсолнечник зачастую не решаются вообще, либо отходы годами гниют на полях, либо их сжигают и возникает серьезная опасность пожаров.
Ежегодно на территории РФ в результате сельскохозяйственной переработки накапливается много отходов, причем только отходов обмолота проса примерно 117тыс.т.
В ходе работы определена полидисперсность образцов, последовательно обработанных при Т= 600°С и серной кислотой, как неизмельченных, так и подвергнутых измельчению рис.3.
Распределение частиц по размерам
1. измельченные
2. неизмельченные
После измельчения состава содержание более крупнодисперсных фракций меньше, и образуются частицы размером ~ 1*10-6-10-7м.
В литературе [44] описано получение активных углей после обработки растительных отходов термической обработкой и серной кислотой.
Из данных оптической микроскопии видно, что образцы подвергнутые обработке серной кислотой (рис. 5) и комплексно (рис. 6) ( Т=600 ºС и серной кислотой ) имеют измененную морфологию поверхности по сравнению с исходными ( рис.1). А также, образцы после комплексной обработки имеют большой разброс по размерам.
Изменения в химическом составе ООП как после термовоздействия, так и после обработки серной кислоты исследовались методами термогравиметричекого анализа.
При термораспаде полисахаридов в результате разрыва кислород-углеродных связей происходят три основных процесса: дегидратация, деполимеризация и затем глубокая деструкция с разрушением циклов и образование различных продуктов распада.[14]
В результате дегидратации (200-250ºС) образуются сопряженные ненасыщенные структуры, формирующие при пиролизе карбонизованный остаток. Дегидратация это цепной радикальный процесс. При дегидратации протекают три типа реакций: внутримолекулярная с отщеплением воды и появлением двойной связи, внутримолекулярная с образованием внутрициклической эфирной связи и межмолекулярная с образованием межмолекулярной эфирной связи
Деструкция исходных ООП начинается 160˚С, потери массы по завершению основной стадии деструкции составляют 62%.
Воздействие температуры в 250˚С при продолжительности термообработки 90 мин. существенно не влияют на термостойкость образцов. У образцов обработанных как разбавленной, так и концентрированной серной кислотой, отмечены существенные отличия в термостойкости в сравнении с исходным ООП. О чем свидетельствует повышение начальной температуры разложения основной стадии деструкции. Снижаются потери массы в широком интервале температур. Предположительно этот процесс соответствует процессу окисления отходов и образованию графитовых структур.
Таблица 3.
Показатели пиролиза
| Виды отходов | Тн-Тк,˚С | mн-mк,% | Потери массы,% при температурах (Со) | ||||||||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | ||||||||||
| Отходы обмолота проса (исходные) | 160-300 | 8-38 | 6 | 14 | 38 | 50,5 | 57,5 | 62 | |||||||
| ООП термообраб.(Т=250˚С) 90 мин | 165-360 | 5-44 | 4 | 7 | 34,5 | 47 | 56 | 61,5 | |||||||
| ООП, обраб. конц. серной кислотой | 250-660 | 28-78 | 5 | 20 | 34 | 44 | 67 | 78 | |||||||
| ООП термообраб (Т=600˚С) обраб. конц. серной кислотой | 300-700 | 10-67 | 6 | 8 | 10 | 18 | 39 | 55 | |||||||
| ООП термообраб. (Т=600˚С) обраб. серной и азотной кислотой | |||||||||||||||
| ООП термообраб. (Т=600˚С) обраб. серной и азотной кислотой повторно термообраб. (Т=900˚С) | |||||||||||||||
На первой стадии, при воздействии температур на образцы, удаляется сорбированная вода, содержание которой составляет ~ 8 %. Начальная температура разложения отходов обработанных концентрированнойH2SO4 составляет 250°С, с большими потерями массы. Для термообработанных при более высоких температурах (600°С) и окисленных отходов наблюдается повышение начальной температуры деструкции до 300°С и снижение потери массы.
Изменения в структуре материала исследовали также методом ИКС. Показано наличие в спектрах ИКС, (рис.6) исходных ООП глубокой полосы поглощения в области 3200 – 3500 см-1, связанных водородными связями ОН¯групп. Полосы поглощения при 2923 см-1 следует отнести к валентным колебаниям СН3 групп, а при 2853 см-1 -к валентным колебаниям СН2 групп. Обнаружены также валентные колебания кольца
при 1090 см-1, и мостика ( –С–О–С– ) при 1060 см-1 и 898 см-1 .При термической обработке ООП, основным составляющим которых является целлюлоза, в интервале 300-500°С происходит зарождение микроструктуры углерода. Происходит дегидратация, гомолитический разрыв наименее прочных С-О-С и С-С связей внутри кольца и рекомбинация короткоживущих свободных радикалов с образованием графитизированных слоев.
У термообработанных при 400ºС ООП, кр.4, уменьшается интенсивность полосы поглощения ОН групп, практически исчезают полосы, соответствующие поглощению – С – О – С – глюкозидной связи (1060 и 898 см-1) и увеличивается интенсивность колебаний СН2 групп (2853 см-1).
По данным ИКС при термической обработке отходов высокими температурами (400, 500, 600°С), в составе всех образцов сохраняется органическая составляющая, т.к. сохраняются валентные колебания СН-связей СН2-групп. Происходит уменьшение содержания групп – OH при (3411см-1), CH3 при (2923см-1), CH2 при (2853см-1), CH при (3056см-1), увеличивается интенсивность пика при 1060см-1, который соответствует колебанию С-О-С связи. С увеличением температуры все эти явления наблюдаются в большей степени. Тоже наблюдается при комплексном воздействии термообработки и окисления. Это происходит в результате внутримолекулярной реакции с образованием внутрициклических эфирных связей. При коротком времени воздействия повышенными температурами происходит дегидратация, за счет этого возрастают пики колебания С-О-С связей с последующим разрывом основной цепи. В результате повышается термостабильность.
Определена насыпная плотность ООП, подвергнутых комплексной обработке(табл.4) Таблица 4.
| Виды отходов | плотность (r), кг/м3 |
| ООП (исх.) | 185,658 |
| ООП (обраб. конц.H2SO4 ) | 235,493 |
| ООП термообраб.(t=500°С) | 250,155 |
| ООП термообраб.( t=650°С) | 187,318 |
| ООП термообраб. (t=900°С) | 210,543 |
Об изменениях в структуре материала можно судить также по водопоглощению.
Изучена сорбция воды
1. ООП термообработанных при Т= 600 ºС и серной и азотной кислотами
2. Исходных ООП термообработанных при Т=900 ºС
3. Исходных ООП обработанных серной кислотой
Из графиков видно, что наибольшей сорбционной способностью обладает образец, обработанный при Т=900°С, это объясняется более развитой активной поверхностью.
Восстановление сорбционной способности после многократного удаления влаги снижается незначительно.
2.4.Выводы и практические рекомендации
Показана возможность модифицирования отходов крупяных производств и их использования в качестве сорбционного материала. С использованием комплекса методов (ИКС, ТГА, водопоглощения, оптической микроскопии) изучены свойства целлюлозосодержащих отходов крупяных производств – отходов обмолота проса (ООП).
3.Раздел «Безопасность и экология проекта»
В процессе модификации отходов сельскохозяйственного производства используются вредное вещество - серная кислота, второго класса опасности.[42]
Серная кислота.
Физические и химические свойства. Маслянистая, в чистом виде прозрачная бесцветная жидкость. Тплавл.=10,35°С; Ткип.=330°С (с разл.); ρ=1,834 г/мл. С водой смешивается во. всех отношениях, выделяя большое количество тепла. Начиная с 200°С и выше выделяет пары SО3, которые с водяным паром воздуха образуют белый туман. Концентрированная H2SO4 - довольно сильный окислитель.