авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 11 |

«Министерство образования и науки РФ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» Лесной и химический комплексы – проблемы и ...»

-- [ Страница 4 ] --

УДК 676.1.054.1 А.А. Дирацуян А.А. Ерофеева Е.Е Нестеров Ю.Д. Алашкевич Н.Д. Пушкарева ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАРНИТУР В ЦБП ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск ООО «Енисейский ЦБК»

г. Красноярск Научно-обоснованный анализ эффективности использования промышленных гарнитур представлен при сравнении основных технологических показателей ножевых гарнитур и качественных показателей процесса размола.

Целлюлозно-бумажное производство является одним из энергоемких, поэтому эффективное использование сырьевой базы предприятий и рациональное использование энергии делает приоритетным научные исследования, направленные на совершенствование оборудования и технологических процессов подготовки волокнистых материалов.

С появлением современных печатных технологий к свойствам печатных бумаг предъявляются новые, более высокие требования, а вместе с этим, повышаются требования к сырью и к конструкции машин участвующих в производстве высококачественных бумаг.

Совершенствование качественных показателей бумаги в первую очередь осуществляется за счет процесса размола. Размол необходимо организовать таким образом, чтобы улучшить технологию использования древесного волокна при увеличении выхода выпускаемого продукта и степени потребления и регенерации макулатуры. Использование наиболее эффективных ножевых гарнитур сохраняющих исходное волокно, при его достаточной разработки позволит реализовать на этапе размола малоотходные и энерго-ресурсосберегающие технологии.

Проводимые на кафедре МАПТ научные исследования, направленные на поиск новых, более эффективных критериев оценки воздействия ножевой гарнитуры на волокно показали, что при проектировании ножевых гарнитур особое значение имеют углы скрещивания ножей ротора и статора. Углы скрещивания, при прочих равных условиях, влияют на количество точек пересечения образовавшихся в результате контакта режущих кромок ножей ротора с ножами статора, что изменяет величину секундной режущей длины ножевой гарнитуры. Установлено, что при прочих равных условиях, с уменьшением угла скрещивания секундная режущая длина имеет тенденцию роста. Этот факт существенным образом влияет на величину средней длины отрезаемой парой ножей за один оборот, так называемую «циклическую элементарную длину» [1]. Оценив секундную режущую длину и количество точек пересечения участвующих в образовании этой длины, предлагаем рекомендации по эффективному использованию рисунков гарнитур для осуществления процесса размола волокнистых полуфабрикатов отвечающих требованиям производителей бумаг.

Исследования бумагообразующих свойств массы и физико-механических показателей бумажных отливок полученных на гарнитурах с прямолинейными параллельными ножами постоянной ширины при различных значениях «циклической элементарной длины», показали, что с увеличением этого показателя качество улучшается, а затраты электроэнергии при зеркальном исполнении рисунка гарнитуры ротора и статора уменьшаются.

Анализ эффективности использования ножевых гарнитур проводили для мельницы МД-31 гарнитуры Р 1000.01 используемой на первом этапе размола целлюлозы на ООО «Енисейский ЦБК» и для МД-14 гарнитуры Р 800.011 Санкт Петербургского КПК для переработки макулатуры, а также результаты лабораторных исследований на полупромышленной дисковой мельницы кафедры МАПТ.

Таблица 1 - Конструктивные и технологические особенности гарнитур и качественные показатели волокнистой массы Угол установки статора, градусы Фибриллирующий К=0,0092;

Коэффициент укорочения, Количество секторов, шт Диаметр внутренний, мм Угол установки ротора, Диаметр наружний, мм Правый сектор в осях Ширина канавки, мм Угол повторяемости рубящий К =0,015.

Марка гарнитуры Ширина ножа, мм рисунка, градусы ОХY,градусы К=0(ШР)- Р1000. -30 - 156 1000 2,5 4,5 8 45 0, (150) (105) Р 800. 366 800 3 5 6 20 20 0 0, Посредством программы, составленной в среде Matlab, установили характер взаимодействия ножей ротора с ножами статора и определили величину секундной режущей длины и количества точек пересечения режущих кромок [1]. Зависимость секундной режущей длины и количества контактов режущих кромок для различных рисунков гарнитур занесены в таблицу 2.

С целью сопоставления качественных показателей процесса размола от конструктивных особенностей рисунка гарнитур произвели моделирование рисунков промышленных гарнитур Р 800.011 и Р 1000.001 для полупромышленной дисковой мельницы с меньшим диаметром, так как для неё экспериментально установлены зависимости численных значений циклической элементарной длины от качества помола.

Согласно проведенным теоретическим исследованиям можем заключить, что ножевая гарнитура Р 1000.001 обладает рубящим воздействием на волокно, а Р 800. оказывает фибриллирующее воздействие. Эти предположения подтверждаются величиной коэффициента укорочения волокна указанного в таблице 1, вычисляемого по формуле 1, на основании результатов анализа средней длины волокна получаемой в процессе размола в производственных условиях [2].

l ln l К= ШРК 0 ШР0, (1) где, l0– исходная длина волокна, мм;

l – необходимая длина волокна, после размола, мм;

ШР0, 0ШРК – степень помола массы, соответственно, до и после размола.

Таблица 2 – Анализ конструктивных и технологических показателей ножевых гарнитур № Кол-во Кол-во секторов Ширина ножа, точек Ls, м/с канавки, мм Ширина воздействие L на секторе ГАРНИТУРА мм.эл, на диске м n= об/мин Промышленные гарнитуры Р 1000.001 Р 1 2,5 4,5 8 240 000 609 4872 1, P 800.011 Ф 2 3 5 18 366 000 109 1962 5, Модели гарнитур для полупромышленной (лабораторной) дисковой мельницы диаметром 300 мм Рисунок Р 3 2,5 4,5 8 13 000 85 680 0, Р 1000. Рисунок Ф 4 3 5 18 16 000 13 234 2, P800. Зеркальная с углом Ф 5 4 4 8 18 589 20 160 3, установки ножей 22, Экспериментальная гарнитура с углом Р 6 4 4 8 14 905 60 480 0, скрещивания Экспериментальная гарнитура для диаметра 1000 мм Зеркальная с углом Ф 7 4 4 8 794 000 344 2752 8, установки ножей 22, Экспериментальная гарнитура для диаметра 800 мм Зеркальная с углом Ф 8 4 4 8 375 000 187 1496 7, установки ножей 22, Р – рубящий эффект;

Ф – фибриллирующий эффект Более эффективным рисунком, с точки зрения воздействия на волокно, считаем зеркальный рисунок ротора и статора. Зеркальность у восьмисектороной ножевой гарнитуры достигается при выполнение ножей с углом установки 22,50 к краю сектора, такой рисунок обеспечивает полное и максимально возможное перекрытие ножей ротора ножами статора в некоторый момент времени. В результате формируется рабочая поверхность ножей, стремящаяся к увеличению площади сдо от всей площади диска, что существенно может отразиться на качестве помола в сторону фибриллирования, т.к. согласно литературным данным, гарнитура с рабочей поверхностью ножей составляющей 50 % от всей ее площади фибриллирует и частично укорачивает волокна.

Коммерческий результат от внедрения эффективных ножевых гарнитур будет выражаться в прибыли полученной от:

- совершенствования процесса размола за счет выбора оптимального рисунка ножевой гарнитуры и позволит получить прибыль от экономии электороэнергии, за счет сокращения времени размола до требуемого градуса помола;

- от увеличения объема выпускаемой продукции за счет уменьшения количества мелкой фракции, либо повышения сортности готового продукта.

Применение эффективных рисунков ножевых гарнитур для получения необходимого качества готового продукта на предприятиях ЦБП позволит рационально использовать сырьевые ресурсы.

Библиографический список:

1. Набиева А.А., Алашкевич Ю.Д., Ковалев В.И. Анализ формирования технологических параметров ножевых размалывающих гарнитур (статья) // Химия растительного сырья. Барнаул, Алт ГУ 2009. № 3 - С. 169 - 172.

2. Свидетельство № 2009613683 РФ. Численный метод определения секундной режущей длины секторной ножевой гарнитуры дисковых мельниц с параллельными прямолинейными ножами постоянной ширины / А. А. Набиева, Е.Е. Нестеров, Ю. Д.

Алашкевич, Д.С. Карпенко// 10.07.2009. Заявка № 2009612514.

УДК 676.024.61 А.А. Ерофеева Ю.Д. Алашкевич В.И. Ковалев ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЯЗКОСТЬ ВОЛОКНИСТОЙ СУСПЕНЗИИ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В данной статье представлены факторы, влияющие на вязкость волокнистой суспензии в процессе их обработки при размоле волокон, представлено экспериментальное подтверждение.

В целлюлозно-бумажной промышленности часто приходится решать задачу получения стабильных концентрированных дисперсных систем с низкой вязкостью.

Это важно при операциях транспортировки дисперсных систем по трубопроводам. При этом необходимо предотвратить налипание дисперсных систем на стенки трубопроводов и рабочие поверхности технологического оборудования. Поэтому исследование механизма вязкости весьма актуально при решении ряда задач по регулированию свойств дисперсных систем.

Английский ученый Belle Lowe [1] утверждает, что на вязкость дисперсных систем влияют 11 факторов. Данный список будет более полным, если учесть мнение исследователей [2, 3, 4, 5, 9, 10]. Исходя из выше сказанного, существуют 15 факторов, которые влияют на вязкость волокнистых суспензий.

Концентрация. С увеличением дисперсной фазы происходит рост коэффициента динамической вязкости.

Температура. Известно, что вязкость очень чувствительна к изменению температуры. Слишком высокие температуры снижают стабильность дисперсий: при повышении температуры число и энергия соударений частиц возрастают и, таким образом, тенденция системы к коагуляции также увеличивается.

Степень дисперсности. Дисперсность является определяющей характеристикой волокнистых суспензий.

Сольватация – процесс, связывания молекул растворителя молекулами или ионами растворённого вещества или набухшего твёрдого тела. В нашем случае происходит связывание молекул воды, т.е. гидратация. Как известно, гидратация очень важна при размоле волокнистых полуфабрикатов.

Электрическое напряжение. Он относится к такому типу суспензий, характер течения которых сильно зависит от величины электрических полей, действующих на них.

Предыдущая термическая обработка.

Предыдущая механическая обработка Наличие или отсутствие других лиофильных коллоидов.

Возраст лиофильных коллоидов.

Присутствие электролитов и неэлектролитов. С повышением концентрации электролитов выше предельное напряжение сдвига исследованных золей и суспензий в начале увеличивается, но в дальнейшем может наступить коагуляция.

Скорость сдвига. Этот фактор оказывает решающее влияние на вязкость очень многих жидкостей. Увеличение скорости сдвига может, как снижать, так и увеличивать вязкость.

Давление. Жидкости сжимаются подобно газам, но под очень высоким давлением и в гораздо меньшей степени. При сжатии жидкости межмолекулярное взаимодействие возрастает, что и приводит к увеличению сопротивления течению, т.е.

к возрастанию вязкости. Для капельных жидкостей модуль упругости возрастает с увеличением температуры и давления. Для воды модуль упругости может быть принят равным К=2-103 МПа. Это значит, что при повышении давления на 0,1 МПа объем воды уменьшается на 1/20000. Это указывает на весьма незначительную сжимаемость воды. Влияние давления тем больше, чем сложнее строение молекул.

Время. Оно отражает влияние сдвиговой предыстории на вязкость некоторых веществ, т.е. в зависимости от того, подвергалось ли вещество перед проведением испытания непрерывному сдвигу в течение определенного периода времени или выдерживалось в покое, вязкость может быть разной.

Кислотно-щелочной баланс. Как утверждает французский ученый Андрезьё Cedex вязкость в диапазоне pH 5 возрастает. Затем вязкость дисперсии постоянна во всем диапазоне рН, обычно 5 – 10. При рН 12 вязкость водной дисперсии резко падает. Этот эффект обусловлен наличием избыточного количества ионов.

Следовательно, для того, чтобы поддерживать максимальную эффективность загущения, необходимо избегать чрезмерного повышения рН.

Физико-химическая природа вещества, которая определяется характером жидкости и оказывает влияние на вязкость.

Некоторые из выше указанных факторов подтверждаются экспериментальными исследованиями, проведенными в лаборатории кафедры МАПТ с помощью безножевой размольной установки «струя-преграда».

Концентрация. Влияние концентрации волокнистой суспензии на коэффициент динамической вязкости определяли с помощью экспресс-метода. [5] Таблица 1 – Значения коэффициента динамической вязкости целлюлозы КонцентрацияС, % µ, Исследуемая жидкость 0,5% 0, Целлюлоза 1% 0, 1,5% 0, Как видно из таблицы, с ростом концентрации волокнистой суспензии коэффициент динамической вязкости тоже повышается. Это можно объяснить тем, что с увеличением числа волокон повышается интенсивность трения между соседними слоями потока. [8] Температура. Данный показатель является наиболее важным технологическим фактором, от которого зависит вязкость жидкостей. Величина вязкости без указания температуры не имеет смысла, так как в крайних точках температурного интервала существования жидкости она может быть различной.

Влияние температуры на вязкость волокнистой суспензии рассматривается на примере макулатурной массы концентрацией 1%. фф 0, Коэффициент динамической 0, 0, вязкости, Па*с 0, 0, 0, 0, 0, 15 20 25 30 35 40 45 Температура, С Рисунок 1 – График влияния температуры на коэффициент динамической вязкости макулатурной массы Из графика, представленного на рисунке 1, можно сделать вывод, что с увеличением температуры коэффициент динамической вязкости макулатурной массы падает. Исследователи [6, 7] объясняют это тем, что с ростом температуры межмолекулярные взаимодействия ослабляются из-за теплового расширения жидкости и увеличения межмолекулярных расстояний, а также из-за увеличения подвижности молекул воды;

вследствие этого вязкость уменьшается. Межмолекулярное взаимодействие ограничивает подвижность молекул. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости суспензии с повышением температуры.

Время. Степень помола, отражающая степень гидратации, фибриллирования, гибкость и пластичность волокон определялась по ходу размола при помощи аппарата СР-2. Для достижения наибольшего градуса помола требуется больше времени размола. Из литературных источников [8] известно, что с ростом градуса Шопер Риглера вязкость волокнистой суспензии уменьшается. Следовательно, с увеличением времени вязкость волокнистых суспензий убывает.

Физико-химическая природа вещества. Вязкость волокнистых материалов зависит от их вида. Рассмотрим данное влияние на примере целлюлозы и макулатурной массы. Значения динамического коэффициента вязкости для целлюлозы представлены в таблице 1, соответственно, для макулатуры – в таблице 2.

Сравнивая данные таблиц 1 и 2, можно сделать вывод, что природа вещества действительно влияет на вязкость волокнистых суспензий.

Вывод:

1 Оказалось возможным определение коэффициента динамической вязкости для волокнистых суспензий с использованием специального устройства (вискозиметра для волокнистых суспензий).

Экспериментально подтверждена правомерность исследователей о влиянии отдельных факторов на количественные значения коэффициентов динамической вязкости для суспензий в целлюлозно-бумажном производстве.

Таблица 2 – Значения динамического коэффициента вязкости макулатурной массы µ, Исследуемая жидкость КонцентрацияС, % 0,5% 0, Макулатурная масса 1% 0, 1,5% 0, Библиографический список:

1 Belle Lowe Experimental Cookery From The Chemical And Physical Standpoint/ John Wiley & Sons. - 1937.

2 http://erudition.ru 3 http://www.minsboard.ru 4 http://resource-gr.com Ерофеева, А.А. Коэффициент динамической вязкости волокнистых суспензий/А.А.Ерофеева, В.И. Ковалев, Ю.Д. Алашкевич// Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: Всероссийская научно-практическая конференция.

Сборник статей студентов, аспирантов и молодых ученых. – Краноярск: СибГТУ, Том 2, 2010. – 89-92с.

Краткий справочник физико-химических величин. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия. 1983. - 232с.

Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. / Под ред. Ю.Г. Фролова и А.С. Гродского. М.: Химия. 1986. - 216с.

Терентьев О.А, Куров В.С. Реология и гидродинамика бумажной массы: учебное пособие. – Л.: ЛТА, 198. – 81с.

Фукс Г.И. Вязкость и пластичность нефтепродуктов. – Москва –Ижевск. 2003г. – 328с.

Шрамм, Г. Основы практической реологии и реометрии/ Г. Шрамм. – М.:

КолосС, 2003. – 312 с.

УДК 676.024.61 А.А. Ерофеева Ю.Д. Алашкевич Е.В. Петров В.Д. Элер КРАТКИЙ ЭКСКУРС В ТЕОРИИ ВЯЗКОСТИ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В данной статье представлены различные теории вязкости жидкостей, позволяющие раскрыть природу механизма вязкого течения.

Строгой теории вязкости жидкостей до настоящего момента не создано.

Разработка этой теории позволяет проникнуть в механизм вязкого течения и вскрыть его природу. [1] Основные теории вязкости жидкости были созданы в начале и середине XX века. Рассматривая их, необходимо сказать, что они условно разделились на два направления: жидкость, как реальный газ и жидкое состояние близкое по природе к твердому телу.

Первое направление основано на методах статистической механики, разработанной для газового состояния. Второе направление является лидирующим и завоевывает большее число сторонников, т.к. оно базируется на результатах рентгенографического анализа.

Представляет интерес рассмотреть несколько теорий, которые дают качественную и количественную картину данного явления, а также хорошо согласуются с экспериментальными исследованиями.

Теория Эйнштейна. Основы теории вязкости заложены Эйнштейном. Он исходил из гидродинамических уравнений для систем макроскопических твердых сферических частиц, которые при сдвиге приобретают дополнительное вращательное движение. Возникающее при этом рассеяние энергии является причиной возрастания вязкости.

Из теории Эйнштейна следует, что разбавленные и устойчивые дисперсные системы являются ньютоновскими жидкостями, их вязкость линейно связана с объемной долей дисперсной фазы и не зависит от дисперсности. С увеличением концентрации дисперсной фазы взаимодействие частиц возрастает, и его необходимо учитывать. [4, 6] Теория А.И. Бачинского. Его заслуга в многочисленных работах, приведенной в статье М.П. Воларовича [3], но как таковой теории вязкости он не писал. Александр Иванович предложил выражать вязкость жидкостей в функции удельного объёма, который в свою очередь зависит от температуры и давления. Основанием к этому была его точка зрения о том, что механизм внутреннего трения жидкостей существенно отличается от газов. Имея в виду, что вязкость жидкостей определяется характером молекулярного взаимодействия, а последнее зависит от расстояний между молекулами, А. И. сделал вывод о том, что вязкость является функцией плотности жидкости или её удельного объёма.

Теория Я.И.Френкеля. Я.И. Френкель [8] развивает свою теорию, исходя из сходства жидкостей с твердыми телами. В его представлении жидкость – это «испорченная» кристаллическая решетка, в которой атомы, оторвавшись со своих мест, перешли в «междурешеточное пространство» и колеблются около новых неустойчивых положений равновесия. Текучесть жидкости объясняется тем, что положения равновесия могут скачкообразно перемещаться. Процесс перемещения точек равновесия рассматривается как диффузия.

Значительную роль в развитии теории вязкости сыграла гипотеза о пустых ультрамикрополостях (дырках) в жидкости, имеющих молекулярные размеры.

Согласно этой гипотезе течение жидкости представляет собой процесс перемещения молекул в эти пустоты. В итоге автор данной теории вычислил энергию образования таких пустот. Я. И. Френкель отмечает, что вязкое течение молекулярных, особенно высокомолекулярных, жидкостей обладает другим механизмом, чем течение простых атомных жидкостей (ртуть, сжиженные инертные газы). Он приходит к выводу, что общий объем ультрамикропустот таких жидкостей обратно пропорционален объему отдельных молекул, а так как текучесть жидкости согласно его теории является функцией возможности перемещения молекул в эти пустоты, то вязкость должна быть прямо пропорциональна молекулярному объему.

Теория Герцога и Кудара. Сущность теории заключается в том, что многоатомные молекулы жидкостей не только перемещаются, но и вращаются около осей, положение которых зависит от структуры молекулы. В отличие от теории Эйнштейна, предлагающей определять вязкость только для одноатомных частиц, данная теория сводится к учету тех сил, которыми вызывается это дополнительное вращение молекул, и количественной передачи тех изменений, которые вносятся этим обстоятельством в вязкость жидкостей.

Также в данной теории представлены выводы формул для определения вязкости жидкостей с различным распределением масс (шаровое, гантельное).

Бак Б.В. [2], исследуя теорию Герцога и Кудара, говорит о том, что влияние дипольности может выражаться не только в образовании ассоциированных агрегатов, но и в определенной ориентации молекул друг относительно друга. Оба эти фактора, несомненно, влияют на внутреннее трение. Данная теория хорошо согласуется с экспериментом.

Теория Андраде. Автор приходит к выводу, что проблема вязкости будет решена, рассматривая жидкость как твердое тело.

Одной из основных предпосылок теории является передача количества движения от слоя к слою. Переход молекул из одного слоя в другой отсутствует, а есть лишь временное соединение молекул на границе слоев, так что можно в первом приближении считать, что молекулы остаются в своих слоях, но положение равновесия колеблющихся молекул слабо сдвигается.

Второй основной предпосылкой теории является предположение, что частота колебаний молекул около положения равновесия для жидкости мало отличается от частоты такого колебания для твердого состояния. Оба эти состояния отличаются друг от друга не частотой колебаний, а амплитудой.

Третья основная предпосылка заключается в необходимости допущения некоторой потенциальной энергии для передачи количества движения при столкновении. В этом случае, число случаев, благоприятствующих передаче количества движения, будет убывать с ростом температуры.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что данная теория подобна теории Френкеля, а механизм вязкости в основном обусловлен переносом количества движения от слоя к слою. Немаловажным фактом является упущение деталей молекулярной структуры жидкостей.

Теория С.Э. Хайкина. Содержание его учения заключается в следующем:

структура жидкости состоит из малых субмикроскопических агрегатов, сохраняющих кристаллическую структуру. Взаимодействие этих агрегатов, находящихся в разных слоях жидкости, между которыми имеется перепад скорости, приводит к возникновению силы вязкости. Характер сил взаимодействия должен быть тот же, что в твердом теле.

С. Э. Хайкин вводит произвольное допущение, что вязкое течение определяется лишь тангенциальными взаимодействиями. В этом отношении его теория является противоположностью теории Андраде, в которой связь между молекулярными комплексами, приводящая к передаче количества движения от слоя к слою, осуществляется только нормальными силами. Из теории С.Э. Хайкина следует, что результирующая всех сил, действующих между слоями агрегатов, должна быть пропорциональна градиенту скорости ламинарного течения и направлена навстречу ей.

Автор предполагает, что относительная скорость двух агрегатов, зависящая от их участия в броуновском движении, одна и та же для всех. Одинаковыми автор принимает размер агрегатов и их кубическую форму.

Теория Бернал-Уорда. Основой данной теории является взаимосвязь вязкости и молекулярного строения жидкости. Бернал ограничивается при построении своей теории моноатомными или квазимоноатомными жидкостями и предполагает, что при обычных температурах и давлении жидкость можно считать молекулярно однородной.

Около любой молекулы остальные распределены статистически одинаково, другими словами — вероятность нахождения молекулы на заданном расстоянии от некоторой другой не зависит от положения каждой из них в жидкости. Это последнее утверждение приводит к наиболее простому способу характеристики внутренних конфигураций в жидкости.

Увеличение вязкости Бернал объясняет изменением конфигурации, вызываемой усилением теплового движения или напряжением сдвига.

Уорд продолжил теорию Бернала и представил классификацию жидкостей, основанной на величине сил взаимодействия между частицами и на характере зависимости этих сил от расстояния между ними. Таким образом, он подразделил жидкости на ионные, гомеополярные, металлические и молекулярные, а также представил более узкое подразделение внутри этих классов жидкостей.

В данной теории рассмотрены только простые жидкости, а при рассмотрении сложных жидкостей необходимо учитывать форму молекул и наличие направляющих сил между молекулами или их частями.

Теория А. Гольдгаммера. Основа теории заключается в сравнении силы сопротивления, испытываемой шариком, движущимся в некоторой среде, полученной по различным формулам с учетом того обстоятельства, что для случая жидкости молекулы нельзя считать несжимаемыми шариками и что средний свободный путь должен зависеть от скорости и объема. Эта теория близка сторонникам, которые рассматривают жидкость от газа.

Теория Эйринга-Юэлла. Авторы подходят к вопросу о природе жидкостей со стороны реальных газов и пользуются методами статической механики. Эйринг получает функцию распределения для жидкостей, выражающую действие соседних молекул и учитывающую межмолекулярные силы.

Кинетику вязкого течения, Эйринг считает аналогичной кинетике химических реакций и за существенную характеристику ее принимает константу скорости реакции.

Теория в своем развитии пользовалась двумя механизмами вязкого течения: 1) мономолекулярным механизмом, при котором каждая молекула движется независимо;

2) бимолекулярным процессом, в котором две молекулы в смежных слоях вращаются при относительном движении друг около друга на 90°.

Элементарным процессом в этом механизме является переход молекулы из одного положения равновесия в другое, причем при этом переходе преодолевается некоторый потенциальный барьер между двумя положениями равновесия. Энергия активации идет на то, чтобы образовать дырку, в которую могла бы войти движущаяся молекула, или только несколько увеличить свободное пространство между соседними молекулами, куда она может поместиться. Процесс образования дырок Эйринг считает эквивалентным процессу испарения.

АА. Леонтьева [5], работая над теорией Эйринга-Юэлла, пришла к выводу, что для первого случая энергия активации вязкого течения должна быть просто равна энергии испарения, во втором — она составляет некоторую долю этой величины.

Теория Эйринга-Юэлла слишком обобщена, а сравнение теоретических данных с опытными показывает, что механизм, положенный в основание этой теории, требует еще дальнейшей разработки и уточнения.

Теория Гудива. Данная теория представляет для нас интерес, так как механизм вязкости связан с тиксотропией, а как известно волокнистая суспензия обладает тиксотропными свойствами. Автор считает, что тиксотропия вещества, под которой он понимает любое изотермическое уменьшение вязкости с возрастанием скорости сдвига, является следствием структуры. Он различает две составляющие вязкости тиксотропных веществ — ньютониановскую и чисто тиксотропную. Главное внимание данной теории обращено на характер и крепость связей между частицами и на продолжительность их существования. Малая вязкость их объясняется тем, что, хотя связи между частицами достаточно велики, число этих связей невелико и имеется определенная структура энергии сдвига, которая, концентрируясь на этих структурных связях, сравнительно легко может их разрушить.

Теория О.А. Терентьева. Отто Алексеевич [6] как таковой теории вязкости не писал, но внес существенный вклад в ее развитие. Он отмечает интересный факт, что по сравнению с чистой жидкостью в дисперсиях волокон или растворах полимеров с длинными молекулами гидравлическое сопротивление при турбулентном режиме движения понижается. Он объясняет это тем, что содержащиеся в жидкости длинные частицы уменьшают турбулентные пульсации и, таким образом, способствуют сохранению ламинарного пограничного слоя.

Для наших исследований представляет интерес теория Гудива, так как в ней описан механизм вязкости, который связан с тиксотропией, а как известно волокнистая суспензия обладает тиксотропными свойствами. [6] Автор теории предполагает, что уменьшение вязкости является следствием структуры. Терентьев О.А. в своей работе [7] высказывает аналогичную точку зрения и подтверждает экспериментальными данными. Исследования показали, что в начальной стадии движения волокнистой массы наблюдаются крупные флоккулы, обладающие высокой прочностью внутренних связей. При нарастании скорости потока флоккулы подвергаются постепенно увеличивающемуся воздействию со стороны сил трения об окружающую среду, и наступает момент, когда они лавинообразно разрушаются. Таким образом, Терентьев О.А. объясняет снижение вязкости в процессе изменения структуры волокнистой массы.

Библиографический список:

Алашкевич Ю.Д. Гидродинамические явления при безножевой обработке волокнистых материалов. Красноярск 2004г. – 80с.

Б.В. Современное состояние теории вязкости. Успехи физических наук. Т. XV.

Выпуск 3, 1935г.

3 Воларович М.П. Алексей Иосифович Бачинский. Успехи физических наук.

Т.XXXI, вып.3, 1947г.

4 Демков, Реологические системы и условия регенерации фильтрующего материала полипропилен в фильтрах А.И. Демкова. Автореферат … 2009. – 21с.

5 Леонтьева, А.А. Современные теории вязкости жидкости. Успехи физических наук. Т. XXIII, вып. 2. 1940г.

6 Терентьев, О.А. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлюлозно-бумажном производстве/ О.А. Терентьев – М.: Лесная пром-ть, 1980. – 248 с.

7 Терентьев, О.А. Реология и гидродинамика бумажной массы: учебное пособие/ О.А. Терентьев, В.С. Куров// Л.: ЛТА, 198. – 81с.

8 Фукс, Г.И. Вязкость и пластичность нефтепродуктов. – Москва –Ижевск. 2003г. – 328с.

УДК 617.166 И.А. Вшивкова Н.В. Каретникова Р.З. Пен А.В. Бывшев ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКРИСТАЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ СОЛОМЫ ПЕРОКСИДНОЙ ДЕЛИГНИФИКАЦИЕЙ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск Изучена возможность получения МКЦ из соломы одноступенчатой делигнификацией пероксидом водорода в присутствии катализаторов. При использовании в качестве катализаторов минеральных кислот, получены полуфабрикаты, которые по степени полимеризации и сорбционной способности соответствуют требованиям, предъявляемым к МКЦ.

Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) находит практическое использование в виде неволокнистой порошковой формы в качестве сорбентов для масел и жиров, таблетирующего средства и инертного носителя для витаминов и антибиотиков, наполнителя в пищевой промышленности.

Основой для получения МКЦ может служить практически любое целлюлозосодержащее сырье. Несмотря на то, что источники целлюлозы весьма разнообразны (древесина высших растений, хлопок, лен, конопля, джут, рами, водоросли и т. д.), традиционно для получения МКЦ применяют хлопковую целлюлозу и технические древесные целлюлозы. Классическим способом получения МКЦ принято считать гетерогенный гидролиз 2,5 н соляной кислотой при 105 °С.

Недостатки многих известных способов получения МКЦ заключаются в использовании относительно дорогого сырья, неудовлетворительной химической чистоте и низких экологических показателях готового продукта, связанные с особенностями технологии производства беленых целлюлоз.

При дефиците древесины, в качестве сырья могут быть использованы сельскохозяйственные отходы: солома и шелуха злаковых культур, тростник, стебли хлопчатника и другие. Содержание целлюлозы в соломе злаковых культур сопоставимо с ее количеством в древесном сырье (34…51% вес.). Существующие технологии получения целлюлозы из соломы основаны преимущественно на щелочных методах варки. Образующаяся при этом небеленая соломенная целлюлоза отличается невысоким качеством.

Для получении целлюлозных полуфабрикатов и целлюлозы из соломы могут применяться методы низкотемпературной окислительной делигнификации, разработанные для древесного сырья. Такая возможность открывает перспективы совершенствования технологии в части приготовления варочного раствора и регенерации химикатов из отработанного щелока. При этом сохраняются положительные стороны процесса: селективность, низкая температура и атмосферное давление, отсутствие вредных веществ в сточных водах и газовых выбросах [1,2].

Цель данного исследования – изучить возможность получения МКЦ из соломы делигнификацией пероксидом водорода в одну ступень, то есть совместить делигнификацию и кислотную гидролизную обработку.

В качестве исходного сырья использовали воздушно-сухую солому пшеницы, механически измельченную на отрезки длиной 30…50 мм. Для всех образцов процесс делигнификации соломы осуществляли при температуре 98С, гидромодуле и продолжительности процесса 3 ч. Начальная концентрация пероксида водорода 17, %.

Серию опытов организовали по полному факторному плану эксперимента для однофакторного дисперсионного анализа с двумя наблюдениями в группе. Переменный фактор – условия катализа – варьировали на шести уровнях: 1 – вольфрамат натрия, молибдата натрия, серная кислота, отношение мольных долей 3:3:4 соответственно, суммарная концентрация в варочном растворе 0,1 моль/дм3;

2 – вольфрамат натрия, молибдат натрия, серная кислота, отношение мольных долей 1,5:1,5:7,0 соответственно, суммарная концентрация в варочном растворе 0,1 моль/дм3, 3 – серная кислота, концентрация в варочном растворе 0,1 моль/дм3;

4 - серная кислота, концентрация в варочном растворе 0,15 моль/дм3;

5 - пероксимоносерная кислота (кислота Каро) и серная кислота, суммарная концентрация в варочном растворе 0,1 моль/дм3, 6 пероксимоносерная кислота (кислота Каро) и серная кислота, суммарная концентрация в варочном растворе 0,2 моль/дм3.

Результаты опытов характеризовали следующими выходными параметрами:

общий выход полуфабриката, % от исходной сырья;

средняя степень полимеризации (вискозиметрия в растворе ЖВНК, ГОСТ 25438-82) и сорбционная способность, мг J2/г (ТУ 9199-005-12043303-95). Для математической обработки результатов использовали метод Multifactor ANOVA из пакета программ Statgraphics Plus.

На рисунках 1…3 видно, что полуфабрикаты распределились по двум группам.

В первую группу вошли полуфабрикаты, которые получены с катализатором, в состав которого входили вольфрамат и молибдат натрия (режимы 1…2). Во вторую – полуфабрикаты, полученные в присутствии только минеральных кислот (режимы 3…6).

1 2 3 4 5 Рисунок 1 - Зависимость общего выхода полуфабриката (%) от вида катализатора (средние значения и 95%-ные доверительные интервалы) 1 2 3 4 5 Рисунок 2 - Зависимость степени полимеризации от вида катализатора (средние значения и 95%-ные доверительные интервалы) 17, 15, 13, 11, 9, 7, 1 2 3 4 5 Рисунок 3 - Зависимость сорбционной способности полуфабриката (мг J2/г) от вида катализатора (средние значения и 95%-ные доверительные интервалы) В присутствии соединений металлов переменной валентности (Мо, W) делигнификация резко ускоряется, оставаясь при этом селективной, о чем свидетельствует высокий выход (около 50 %) и высокая степень полимеризации (500…640), полученные для режимов 1…2.

Серная кислота и кислота Каро вызывают гидролиз полисахаридов, следствием чего является снижение общего выхода полуфабриката. Анализ полученных данных показывает, что при увеличении в составе катализатора количества серной кислоты и кислоты Каро (режимы 3…6), происходит снижение общего выхода полуфабриката (до 38…43 %) и степени полимеризации (до 110…250).

Одновременно со снижением степени полимеризации наблюдается увеличение сорбционной способности, примерно от 9,0 (режимы 1…2) до 14,5 мг J2/г (режимы 3…6).

В соответствии с ТУ 9199-005-12043303-95 «Целлюлоза микрокристаллическая порошковая» МКЦ должна иметь вид порошка со степенью полимеризации не более 300 и сорбционной способность не менее 10 мг J2/г. При использовании минеральных кислот (режимы 3…6), удалось получить полуфабрикаты, которые по степени полимеризации и сорбционной способности соответствуют предъявляемым требования, но сохраняют волокнистую структуру. Исследования в данном направлении будут продолжены.

Библиографический список:

1. Патент 2206654 РФ. Способ получения целлюлозы / Р.З.Пен, А.В.Бывшев, И.Л.Шапиро, И.В.Мирошниченко // БИ. 2003. № 17.

2. Полютов, А. А. Новые целлюлозные полуфабрикаты [Текст] / А. А. Полютов, Р. З.

Пен, А. В. Бывшев. – Красноярск: СибГТУ, 2007. – 270 с.

УДК 678 Ю.А. Амбросович В.Г. Петросян СРАВНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОКАЗАТЕЛЯ – ИЗГИБА У КОМПОЗИТОВ, АРМИРОВАННЫХ ВИСКОЗНЫМ ВЫСОКО-МОДУЛЬНЫМ ВОЛОКНОМ И ЛАВСАНОМ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск Свойства различных пластмасс обусловлены видом полимера, типом наполнителя, способом производства, содержанием добавок и другими факторами.

Вместе с тем, для пластмасс характерны некоторые общие свойства. Характерная особенность пластмасс заключается в том, что, наряду с высокой прочностью при сжатии, они имеют еще более высокую прочность при растяжении и изгибе.

Выбор пластмассы для изготовления какого-то определенного изделия обуславливается, в первую очередь, условиями его эксплуатации: температура окружающей среды, влажность, агрессивность, вид нагрузок, которым должен противостоять пластик – растяжение, сжатие, изгиб, удар, кручение, стойкость к нагрузкам статическим, динамическим.

Основу волокнистых композиционных материалов составляют армирующие волокнистые наполнители (АВН), объединенные в монолитный композиционный материал, матрицей - вторым важным компонентом.

В настоящее время для армирования волокнистого полимерного композиционного материала (ВПКМ) широко используются АВН из химических органических и неорганических волокон. Они входят в состав композита в виде коротких (резаных) волокон, нитей, лент, жгутов, тканей, нетканых материалов, войлоков и других волокнистых структур. В качестве матрицы применяются термопласты и реактопласты (фенопласты - фенолформальдегидные или фенольные;

аминопласты - меламино- и мочевиноформальдегидные;

эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические, полиимидные и др. полимерные связующие).

Для исследования были выбраны два армирующих компонента: вискозное высокомодульное волокно (ВВМ) и лавсан, в качестве связующего карбамидоформальдегидная смола (КМФ).

Цель работы состояла в сравнении деформационно-прочностной характеристики изгиба армированных разными волокнистыми наполнителями композитов.

Результаты эксперимента обрабатывались методами, разработанными для получения математических моделей с целью описания исследуемого процесса, условий функционирования данного процесса в пакете программы Statgraphics plus 5.1.

Многофакторный эксперимент был выбран нами в качестве основного метода математического описания исследуемого процесса, который, по нашему мнению, наиболее подходит для описания процесса в виду его малой изученности.

Исследования проводились на лабораторном прессе типа ВП-9024 М, оснащенным комплексом измерительных приборов, с помощью которых производился контроль параметров режима прессования. Механический показатель – изгиб определяли на установке типа ГМС – 50, универсальной испытательной машине, предназначенной для статистических испытаний на растяжение, сжатие и изгиб.

В исследуемой работе были определены основные уровни и интервалы их варьирования, наиболее значимые переменные факторы (процентное содержание наполнителя, содержание связующего, отвердителя) и выходной параметр: изгиб.

Ниже приведены графические изображения полученных результатов в виде стандартизированных карт Парето, где показана зависимость выходного параметра от переменных факторов.

связующее (В) связующее (В) отвердитель (С) отвердитель (С) ВС наполнитель (А) наполнитель (А) АВ AB АВ AC АС BC 0 4 8 12 1 2 3 4 А Б Рисунок 1 – Карта Парето А - влияние переменных факторов на изгиб композита, армированного ВВМ с КМФ;

Б – влияние переменных факторов на изгиб композита, армированного лавсаном с КМФ На картах Парето - А и Б видно, что на изгиб полученных композитов влияет содержание наполнителя и отвердителя, о чем свидетельствует пересечение горизонтальных столбцов вертикальной линией, которая характеризует 5 % уровень значимости. Наполнитель и парные взаимодействия всех составляющих фаз влияние на изгиб не оказывают.

На графиках главных эффектов количественно рассмотрим изменение величины изгиба от содержания переменных факторов.

Из графика главных эффектов видно, что с увеличением содержания связующего (КМФ) от 1,1 г до 2,1 г механический показатель – изгиб композита, армированного ВВМ волокном, значительно возрастает. Увеличение содержания отвердителя от 3 % до 10 % от массы наполнителя также значительно влияет на величину изгиба.

Из графика главных эффектов, построенного по результатам исследования композита, армированного лавсаном, со связующим КМФ смолой, видно, что с увеличением содержания связующего от 1,4 г до 2,4 г механический показатель – изгиб значительно увеличивается. Второй значимый фактор - отвердитель, также влияет на изгиб армированного лавсаном композита в сторону увеличения, но в узком интервале значений.

Изгиб, кг 1,4 2, 2,2 1,1 0,03 0, связующее наполнитель отвердитель Рисунок 2 – График главных эффектов Изгиб, кг 1,4 2,2 1,4 2,4 0,07 0, Наполнитель, г Связующее, г Отвердитель, г Рисунок 3 – График главных эффектов По результатам проведенного эксперимента можно сделать следующие выводы:

- выбранные волокнистые наполнители ВВМ волокно и волокно лавсан на механический показатель изгиб влияния не оказывают;

- существенное изменение на изгиб армированного композита в сторону увеличения оказывают содержание связующего и содержание отвердителя.

Библиографический список:

1 Перепелкин, К.Е. Основные компоненты волокнистых композитов, их взаимодействие и взаимовлияние [Текст] / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. 2005. - № 4. - С. 7-20.

2 Перепелкин К.Е. Получение и особенности свойств полимерных композиционных материалов [Текст] / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. - 2005. - № 5. - С. 54-68.

3 Пен, Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics [Текст] / Р.З. Пен. – М.:

Красноярск: СибГТУ-Кларетианум, 2003, - 246 с.

УДК 617.166 В.В. Седых, А.В. Бывшев, Н.Г. Черноусова ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПРОПИТКИ ОСИНОВОЙ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ПЕРУКСУСНОЙ ВАРКЕ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В статье показано влияние основных технологических факторов (продолжительности пропитки, величины вакуума при пропитке и продолжительности варки) при пероксидной варке осиновой древесины на выход целлюлозы, содержания в ней лигнина, количество непровара и расхода пероксида водорода на варку. Установлено, что при увеличении продолжительности пропитки и величины вакуума повышается выход целлюлозы, снижается содержание лигнина в целлюлозе и количество непровара.

Современные способы производства целлюлозы характеризуются значительными выбросами серы в окружающую среду. Это значительно ухудшает качество жизни населения. Поэтому необходимо разрабатывать способы производства целлюлозы, при которых загрязнение окружающей среды было бы минимальным. На кафедре ЦБПиХВ СибГТУ в течение ряда лет проводятся исследования по окислительным способам делигнификации древесины [1, 2, 3].

В продолжение этих работ в данной статье проводится исследование влияния предварительной пропитки на результаты пероксидной варки осиновой древесины.

С целью выяснения влияния предварительной пропитки при перуксусной варке древесину осины в виде спичек размером 25 5 5 мм подвергали следующей обработке. Древесное сырье помещалось в толстенную колбу и подвергалось вакуумированию, после чего заливалость варочной смесью и выдерживалось определенное время. Варочная смесь состояла из 30 %-ного раствора пероксида водорода и ледяной уксусной кислоты в соотношении 0,35:0,65 по объему;

гидромодуль 12;

температура варки 98 оС. В качестве катализатора использовался вольфрамат натрия – Na2WO4 с концентрацией его в растворе 0,03 моль/дм3. Состав сырья: массовая доля целлюлозы 52 %, массовая доля лигнина 20,4 %. Для проведения эксперимента был выбран план Бокса-3. Исходные данные планирования эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные планирования эксперимента Переменные факторы Продолжительность Величина Продолжительность пропитки Х1, вакуума, Х2 варки Х3, мин мм рт. ст. мин Шаг 10 650 варьирования Верхний уровень 30 700 Нижний уровень 10 600 Результаты варок оценивали следующими выходными параметрами:

Y1ср – выход целлюлозы после варки в процентах от исходной древесины, %;

Y2ср – количество непровара, %;

Y3ср – доля остаточного лигнина в целлюлозе, %;

Y4ср – расход перекиси водорода на варку, %.

Таблица 2 - Условия и результаты реализации плана эксперимента Продол- Величина Продол жительность вакуума, жительность пропитки, мм рт. ст., варки, Y1ср Y2ср Y3ср Y4ср Х1 Х2 Х 1 1 1 56,66 0,24 1,8 85, -1 1 1 55,72 1,7 2,5 78, 1 -1 1 56,62 0,5 2,6 82, -1 -1 1 55,02 7,7 3,5 73, 1 1 -1 51,04 24 2,9 60, -1 1 -1 32,58 38 3,3 55, 1 -1 -1 41,5 26 3,0 61, -1 -1 -1 30,65 38 3,7 53, 1 0 0 55,56 6,5 2,5 76, -1 0 0 0,53 10,8 3,0 74, 0 1 0 59,90 4,25 2,5 74, 0 -1 0 54,96 6,2 2,7 73, 0 0 1 57,35 1,1 2,1 75, 0 0 -1 44,55 27 2,7 61, 0 0 0 58,1 1,57 2,5 73, Математическая обработка результатов эксперимента была проведена на ПЭВМ с помощью пакета прикладных программ STATGRAPHICS.

На рисунке 1 показано влияние продолжительности пропитки и величины вакуума на выход целлюлозы из древесины осины при пероксидной варке. Отсюда видно, что увеличение продолжительности пропитки повышает выход целлюлозы после варки в процентах от исходной древесины с 47 % до 55 %. Увеличение величины вакуума при пропитке также повышает выход целлюлозы с 55 % до 59,5 %.

Estimated Response Surface Varka=50, Vychod celluloza 50 47 10 14 18 22 Vakuum 26 Propitka Рисунок 1 – Влияние продолжительности пропитки и величины вакуума на выход целлюлозы, %, при пероксидной варке Estimated Response Surface Varka=50, Neprovar 3 0 10 14 18 Vakuum 22 26 Propitka Рисунок 2 - Влияние продолжительности пропитки и величины вакуума на выход непровара, %, при пероксидной варке На рисунке 2 видно, что при увеличении продолжительности пропитки выход непровара уменьшается с 14 % до 5 %. На рисунке 2 показано также, что с увеличением величины вакуума выход непровара уменьшается с 5 % до 3,5 %. Это особенно характерно при низкой продолжительности пропитки.

На рисунке 3 видно, что при увеличении продолжительности пропитки доля остаточного лигнина уменьшается с 2,9 % до 2,2 % и при увеличение величины вакуума доля остаточного лигнина снижается с 2,9% до 2,5 %. Как видно во всех опытах наблюдалось низкое содержание лигнина в целлюлозе при достаточно высокой белизне (в среднем около 85 %). Это дает возможность использовать такой полуфабрикат без дополнительной отбелки для выработки бумаги и картона.

Estimated Response Surface Varka=50, 3, 3, Lignin 2, 2, 2,5 2,3 10 14 18 22 Vakuum 26 Propitka Рисунок 3 - Влияние продолжительности пропитки и величины вакуума на содержание лигнина в целлюлозе, %, при пероксидной варке Estimated Response Surface Varka=50, Raschod H2O 71 10 14 18 22 Vakuum 26 Propitka Рисунок 4 - Влияние продолжительности пропитки и величины вакуума на расход перекись водорода, %, при пероксидной варке На рисунке 4 видно, что при увеличении продолжительности пропитки расход пероксида водорода увеличивается с 72,5 % до 77,5 % и при увеличении величины вакуума расход пероксида также увеличивается с 77,3 % до 78,8%.

Выводы:

Для получения из древесины осины целлюлозы с выходом 58,1 % и с долей остаточного лигнина 2,5 % и количеством непровара 1,57 % рекомендуется следующий режим перуксусной делигнификации: продолжительность предварительной пропитки – 20 мин при величине вакуума 650, варка при температуре 98 С в течении 50 мин.

При перуксусной варке, благодаря низкому содержанию остаточного лигнина в целлюлозе, можно получать волокнистый полуфабрикат без дополнительной отбелки, что исключает загрязнения окружающей среды соединениями хлора.

Из полученных результатов следует принципиальная возможность существенного усовершенствования технологии получения целлюлозы перуксусным способом.

Библиографический список:

1. Полютов, А.А. Новые целлюлозные полуфабрикаты [Текст] / А.А.Полютов, Р.З.Пен, А.В.Бывшев. – Красноярск: СибГТУ, 2004. -226 с.

Суворова, С.И. Низкотемпературная окислительная делигнификация 2.

древесины. 2.Варка целлюлозы с принудительной пропиткой [Текст] / С.И. Суворова [и др.] // Лесной журнал, - 1994, № 3. – с. 76 – 80.

3. Каретникова, Н.В. Кинетика окислительной делигнификации хвойной и лиственной древесины в системе «пероксида водорода-уксусная кислота- перуксусная кислота» :

автореф. … канд.тех.наук 05.21.03 / Н.В.Каретникова. – Красноярск, 1999. – 23 с.

УДК 630*181.324 Е.В. Алаудинова П.В. Миронов ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск Установлена изменчивость состава жирных кислот типа С18 диглицеридной части молекул гликолипидов сосны обыкновенной в ходе годового цикла. Показаны закономерности биосинтеза олеиновой, линолевой и линоленовой кислот посредством оценки изменения сезонной активности жирнокислотных 9, 6 и 3 десатураз.

Настоящая работа является продолжением изучения метаболизма меристем почек основных лесообразующих хвойных пород Центральной Сибири и посвящена исследованию сезонной изменчивости состава жирных кислот (ЖК) типа С диглицеридной части молекул гликолипидов сосны обыкновенной и выявлению закономерностей их биосинтеза. Жирнокислотный состав изучался в различных фенологических фазах развития почек. Объект исследования – зачаточные (меристематические) ткани хвои и побега сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.).

Жирные кислоты анализировали в виде их метиловых эфиров на газожидкостном хроматографе «Agilent Technologies» фирмы «Хьюлетт-Паккард»

(США) с масс-селективным детектором и идентифицировали по масс-спектрам (библиотека масс-спектров NIST 02.L) и индексам удерживания. Приведены результаты средних арифметических значений трех биологических и трех аналитических повторностей. Различия, достоверные при 95 %-м уровне значимости.

Активности ацил-липидных 9, 6и 3 десатураз рассч итывали на основании содержания компонентов типа С18 [4].

В структуре ЖК постоянно присутствовали ненасыщенные компоненты – моноеновые, диеновые, триеновые и тетраеновые, составляющие биосинтетические семейства жирных кислот с нормальной структурой и цис-конфигурацией двойных связей (рисунок 1).

43, 2, 24, 1,26 46, 0, 15, 29, 3, 33, 7,08 35,60 18, 29,79 7, январь май сентябрь 1 2 3 4 1 – моноеновые;

2 – диеновые;

3 – триеновые;

4 – тетраеновые;

5 – насыщенные Рисунок 1 – Cодержание насыщенных, моно-, ди-, три- и тетраеновых жирных кислот в составе гликолипидов, в процентах от их суммы В зимующих почках содержание диеновых ЖК было максимальным и значительно (на 10 % от их суммы) превышало содержание триеновых;

в набухших почках, наоборот, максимально увеличивалось содержание триеновых и снижалось – диеновых. В целом в зимний период общая доля ненасыщенных компонентов увеличивалась;

весной – снижалась. Анализ содержания ненасыщенных ЖК, различающихся по числу углеродных атомов, показал, что вклад этих компонентов в структурную организацию гликолипидов в различные сезоны года неодинаков (рисунок 2).

Вместе с тем, в общем составе постоянно преобладали ненасыщенные кислоты с 18-ю атомами углерода. Зимой их количество возрастало до максимума и оставалось на этом уровне вплоть до распускания молодой хвои. Несмотря на то, что эти же кислоты доминировали и в составе ненасыщенных кислот, до максимума (96 %) их доля возрастала только весной.

Анализируя сезонную динамику содержания индивидуальных соединений ненасыщенных ЖК типа С18 нужно отметить, что уровень олеиновой кислоты в осенне зимний период был стабилен – около 6 % от суммы ЖК, а весной в набухших почках снижался в 1,6 раза. Динамика содержания линоленовой кислоты имела противоположный характер: с сентября по май (в ходе органогенеза почек) ее количество в составе гликолипидов возрастало от 12 до 34 %. Содержание линолевой кислоты в различные сезоны года изменялось от 16 до 30 %, возрастая до максимума зимой в состоянии низкотемпературной устойчивости меристем и снижаясь весной в набухших почках (таблица). Необходимо подчеркнуть, что по нашим данным гликолипидам сосны в различные сезоны года присуще более высокое, по сравнению с другими породами, содержание линолевой кислоты (например, у лиственницы сибирской содержание линолевой изменялось в пределах 6-22 %).

Совершенно очевидно, что эта группа ненасыщенных жирных кислот играет определяющую роль не только в структурной организации гликолипидов, но и в функциональном состоянии клеточных мембран в целом. Известно, что повышение вязкости мембран при снижении температуры сопровождается индукцией экспрессии десатуразных генов, повышающих в клетке уровень ферментов – десатураз [5, 6]. На сегодняшний день наиболее детально изучена экспрессия генов десатураз у цианобактерий [3, 1]. В адаптации высших растений к изменяющимся условиям окружающей среды десатуразы также играют важную роль, поскольку устойчивость растений к низкотемпературному воздействию коррелирует с наличием в структуре мембранных липидов полиненасыщенных ЖК.

Содержание, % от суммы ЖК 54, 54, 43, 11, 20 7,28 4,88 2, 3,12 0, 1 2 сентябрь январь май Время отбора проб 96, 80,62 76, Содержание, % от суммы ненасыщенных ЖК 13,57 16, 20 5,82 6,91 0,00 3, сентябрь 2январь май 1 Время отбора проб 1 2 1 – сумма С16 ненасыщенных;

2 – сумма С18 ненасыщенных;

3 – сумма С20 ненасыщенных Рисунок 2 – Содержание основных групп ненасыщенных жирных кислот в гликолипидах Т а б л и ц а – Состав жирных кислот с 18-ю атомами углерода (в процентах от суммы жирных кислот) Время отбора проб Жирная кислота сентябрь декабрь май Стеариновая (С18:0) 5,58 3,50 5, Олеиновая (С18:1) 5,65 5,93 3, Линолевая (С18:2) 25,82 29,78 16, Линоленовая (С18:3) 11,78 18,42 33, SRD 0,50 0,63 0, ORD 0,87 0,90 0, LRD 0,32 0,38 0, П р и м е ч а н и е: SRD – стеароил десатуразное отношение;

ORD – олеил десатуразное отношение;

LRD – линолеил десатуразное отношение. Относительная стандартная ошибка опыта не превышала 5 %.

Роль жирнокислотных десатураз заключается в регуляции текучести липидного бислоя мембран посредством ускорения синтеза полиненасыщенных жирных кислот в мембранных липидах. Рассматривая текучесть мембран в качестве основного параметра, обеспечивающего их нормальное функционирование при низких зимних температурах, возникает необходимость оценивать активность жирнокислотных десатураз. Существует практика косвенной оценки активности этих ферментов на основании состава ЖК мембранных липидов [4, 2].

Для выявления закономерностей биосинтеза важнейшей группы ненасыщенных жирных кислот гликолипидов проведена оценка изменения сезонной активности жирнокислотных 9, 6 и 3 десатураз, кат ализирующих введение двойных связей в углеводородные цепи олеиновой (С18:1), линолевой (С18:2) и линоленовой (С18:3) кислот.

Величины стеароил- (SRD), олеил- (ORD) и линолеил- (LRD) десатуразных отношений приведены в таблице.

К зиме стеароил- (SRD) десатуразное отношение повышалось до 0,63, следовательно, в состоянии низкотемпературной устойчивости для меристем сосны характерно определенное соотношение количества стеариновой и олеиновой кислот.

Изменение соотношения стеариновой и олеиновой кислот в пользу стеариновой, наблюдавшееся в набухших почках, и, соответственно, снижение SRD до 0,38 в данном случае не свидетельствуют о снижении весной активности 9-ацил-АПБ-десатуразы.

Кажущееся противоречие легко объяснимо: в период вегетации в почках возрастала скорость введения третьей двойной связи в линолевую кислоту, поскольку количество линоленовой кислоты увеличивалось до максимума.

Одновременно на высоком уровне (0,92) оставалось и олеил- (ORD) десатуразное отношение. Но без высокой активности ацил-АПБ-десатуразы, обеспечивающей субстратом 3 и 6 ацил-липидные мембранные десатуразы, последовательно образующие полиненасыщенные жирные кислоты с двумя и тремя связями, процессы дальнейшей десатурации жирных кислот просто невозможны.

Поэтому весной снижение величины стеароил- (SRD) десатуразных отношений в первую очередь связано с тем, что образующаяся олеиновая кислота быстро расходовалась на биосинтез высоконенасыщенных жирных кислот с 18-ю атомами углерода.

На протяжении всего периода исследования для сосны характерны высокие и относительно стабильные значения олеил- (ORD) десатуразных отношений (0,87-0,91), поскольку сумма линолевой и линоленовой кислот в гликолипидах в различных фенологических фазах развития почек значительно превосходила уровень содержания олеиновой кислоты.

В зимний период отмечалось некоторое увеличение ORD. Такая динамика олеил- (ORD) десатуразного отношения показывает, что у сосны, так же как и у других высших растений, гены, кодирующие6 -ацил-липидную-десатуразу, активируются низкими температурами. Весной в набухших почках показатель несущественно отличался от зимнего значения (разница составляла менее 5 %), то есть активность 6 ацил-липидной-десатуразы сохранялась на прежнем уровне.

Линолеил- (LRD) десатуразное отношение в осенне-зимний период у сосны было невысоким (0,32-0,38), что связано со значительно большей долей линолевой кислоты.

Существенное изменение линолеил- (LRD) десатуразного отношения происходило весной при набухании почек и формировании молодой хвои. LRD увеличивалось почти в два раза, что свидетельствует об экспрессии генов 3-ацил-липидной-деса-туразы, ответственной за синтез линоленовой кислоты. В результате скорость введения третьей двойной связи в линолевую кислоту возрастала – количество линоленовой кислоты увеличивалось.

Таким образом, исследование индивидуального состава и содержания жирных кислот типа С18 гликолипидов меристем сосны обыкновенной, анализ его сезонных изменений показали, что наиболее существенные трансформации в диглицеридной части молекул гликолипидов происходят при смене зимней фенологической фазы развития почек и связаны с переходом дерева от состояния покоя к активной вегетации:

- в состоянии низкотемпературной устойчивости меристем уровень линолевой кислоты в 1,6 раза превышает уровень линоленовой, в 5 раз – олеиновой и составляет около 30 % от суммы жирных кислот. Вероятно, у сосны количество линолевой кислоты в составе гликолипидов является определяющим для формирования криозащищенной структуры мембран;

- показано, что у сосны на мембранные механизмы криорезистентности меристем, регулирующие жирнокислотный состав гликолипидов, наиболее существенное влияние оказывает 6-ацил-липидная десатураза, ответственная за синтез линолевой кислоты. Сравнение величин олеил- (ORD – 0,89) и линолеил- (LRD – 0,38) десатуразных отношений обнаруживает, что в зимний период 6-ацил-липидная десатураза катализирует введение второй двойной связи в олеиновую кислоту вдвое интенсивнее, чем 3-ацил-липидная десатураза – третьей двойной связи в линолевую;

- обнаружено, что весной у сосны в меристемах почек экспрессия генов 3-ацил липидной десатуразы, ответственной за синтез линоленовой кислоты, вызывает увеличение скорости введения третьей двойной связи в линолевую кислоту, в набухших почках линолеил- (LRD) десатуразное отношение увеличивается практически вдвое. В результате гликолипиды, синтезирующиеся de novo при формировании фотосинтетического аппарата молодой хвои, преимущественно аккумулируют линоленовую кислоту.

Библиографический список:

1 Alteration of Low-Temperature Susceptibility of the Cyanobacterium Synechococcus sp.

PCC7002 by Genetic Manipulation of Membrane Lipid Unsaturation / T. Sakamoto [et al] // Arch. Microbiol. – 1998. – V. 169. – P. 20-28.

2 Comparison of sense and antisense methodologies for modifying the fatty acid composition of Arabidopsis thaliana oilseed / M. E. Cartea [et al] // Plant Science. – 1998. – V. 136. – P. 181-194.

3 Los, D. A. Structure and Expression of Fatty Acid Desaturases / D. A. Los, N. Murata // Biochim. Biophys. Acta. – 1998. – V. 1394. – P. 3-15.

4 Yaworski, J. G. Fat metabolism in higher plants properties of a soluble stearoil-acyl carrier protein desaturase from maturing Carthamus tinctorius / J. G. Yaworski, P. K. Stumpf // Arch. Biochem. Biophys. – 1974. – V. 162. – P. 158-162.

5 Лось, Д. А. Десатуразы жирных кислот: Адаптивная экспрессия и принципы регуляции / Д. А. Лось //Физиология растений. – 1997. – Т. 44. – С. 528-540.

6 Лось, Д. А. Молекулярные механизмы холодоустойчивости растений / Д. А. Лось // Вестник Российской Академии Наук. – 2005. – Т. 75. – № 4. – С. 338-345.

УДК 676.1.053.33 (088.8) В.И. Ковалев А.А. Ерофеева В.Д. Элер УГОЛ СКРЕЩИВАНИЯ РЕЖУЩИХ КРОМОК ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ НОЖЕЙ РАЗМАЛЫВАЮЩИХ ГАРНИТУР ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск Представлен анализ угла скрещивания режущих кромок прямолинейных ножей гарнитур ротора и статора. Получена аналитическая зависимость для произвольных углов скрещивания. Произведена конкретизация характера исполнения рисунка сопряжения режущих кромок ножей.

Известно, что при двухстороннем исполнении рисунков сопряжённых мелющих поверхностей дисков гарнитур ротора и статора, направления наклона и эксцентриситеты режущих кромок их скрещивающихся ножей противоположны по отношению к радиусу, проведённому из общего центра в точку пересечения [3].

Доказано, что при двухстороннем исполнении с уменьшением угла скрещивания ножей повышаются сопротивление раздиранию, разрывная длина, сопротивление излому и удельный расход энергии на размол [4]. Изменением угла скрещивания ножей можно варьировать соотношение гидратирующего и укорачивающего воздействия на волокнистый материал [6]. Известно также, что, при скрещивании единичных режущих кромок АРВР ножей ротора и АСВС статора в произвольно взятой точке Аx, СКР = X + C, X X (1) P СКР – угол скрещивания, ;

X где, X – угол наклона режущей кромки АРВР ножа ротора к радиусу r, P х проведённому из центра О диска гарнитуры в точку Аx пересечения с режущей кромкой АСВС ножа статора, ;

C – угол наклона режущей кромки АСВС ножа статора к радиусу r, X х проведённому из центра О диска гарнитуры в точку пересечения Ах с режущей кромкой АРВР ножа ротора,.

x Совершенно очевидно, что, входящие в зависимость (1), параметры СКР, p и X C являются переменными величинами. Поэтому представляет значительный интерес x их определение через известные входные параметры:

СКР – угол скрещивания режущих кромок АРВР и АСВС ножей ротора и статора в точке А, расположенной на входной окружной кромке диска гарнитуры, ;

P – угол наклона режущей кромки АРВР ножа ротора, в точке А её пересечения, расположенной на входной окружной кромкой диска гарнитуры, к радиусу r, проведённому из центра О диска гарнитуры в точку А, ;

C – угол наклона режущей кромки АСВС ножа статора в точке А её пересечения, расположенной на входной окружной кромкой диска гарнитуры к радиусу r, проведённому из центра О диска гарнитуры в точку А,.

Приняв во внимание, что, при прямолинейной форме режущих кромок ножей ротора и статора, углы P и C их наклона к радиусу r равномерно уменьшаются от X X х центра О диска к его внешней окружности [1, 2,3,5], можно сделать вывод, что и угол скрещивания СКР уменьшается по такому же закону. В соответствии с этим X прослеживается и связь углов скрещивания СКР режущих кромок АРВР и АСВС прямолинейных ножей на входной окружности диска с углами P и C, СКР = P + C. Поэтому простота нахождения данных углов не вызывает никакого сомнения. Более сложной становится задача нахождения угла скрещивания СКР на X произвольной окружности кольцевой размалывающей поверхности диска.

Представляется, что решение этой задачи может дать исчерпывающую информацию о характере рисунка сопряжения режущих кромок ножей ротора и статора в произвольной точке кольцевой размалывающей поверхности их дисков. Таким образом, с целью определения произвольного угла скрещивания СКР режущих кромок X АРВР и АСВС ножей ротора и статора, необходимо нахождение математических зависимостей, непосредственно связанных с основными входными геометрическими параметрами P, C и СКР. В связи с этим, представляет значительный интерес АX СКР режущих кромок АBР ротора и решение задачи определения угла скрещивания АВС прямолинейных ножей ротора и статора в произвольной точке Аx кольцевой поверхности размола.

На рисунке изображён фрагмент фронтальной кольцевой ножевой поверхности, включающий пересекающиеся режущие кромки единичных ножей дисков гарнитур ротора и статора в положении их сопряжения. Ножевые поверхности гарнитур ротора и скр. = ( p + c ) А статора, выполнены в двухстороннем, исполнении, при. Линия OA является радиусом r входной окружной кромки AA. Линии OC p и OC c перпендикулярны линиям AC p и AC c, продолжениям режущих кромок AB p и AB c ножей ротора и статора.

p p – угол, образованный режущей кромкой AB и радиусом r ;

c – угол, образованный режущей кромкой AB c и радиусом r ;

x p – угол, образованный режущей кромкой AB p ножа ротора и радиусом r ;

x x c – угол, образованный режущей кромкой AB c ножа статора и радиусом r ;

x Схема - расположения режущих кромок единичных ножей с двухсторонним исполнением рисунка сочленения ножей OC p и OC c являются эксцентриситетами режущих кромок Поэтому линии AB p и AB c ножей ротора и статора относительно центра О. Режущая кромка единичного ножа вращающегося ротора изображена в двух положениях:

p c – исходном AB, когда она пересекается с режущей кромкой AB единичного ножа неподвижного статора на входной окружной кромке AA в точке A ;

Р – промежуточном, AB, когда она повернулась в направлении вращения (см.

стрелку) на угол, при этом, точка A переместилась по внутренней круговую окружной кромке в положение A, а по режущей кромке AB в новое положение c Р положение A x скрещивания режущих кромок AB и AB c. Аналитическая АX СКР зависимость угла скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора находится следующим образом. Из центра O проведены радиальные линии в точки A, A x и A. Точки A и A соединены прямой линией. При этом образовались четыре косоугольных треугольника Ax A O, Ax AO, AAO и AA Ax. Углы в треугольнике AA Ax :

p = 180 ( p + p ) = 180 ( p + 90 ) = 90 ( p ) 2 2;

(2) c = 180 ( c + c ) = 180 ( c + 90 ) = 90 ( c ) 2 2;

(3) скр Ax = 180 ( p + c ) = 180 {[90 ( p )] + [90 ( c )]} 2 2;

(4) скр = 180 90 + p 90 + c Ax 2. Окончательно, A = p + c x скр. (5) Таким образом поставленная задача была решена путем введения поворота режущей кромки дополнительного входного параметра, а именно, угла Р ротора из положения АBР в положение AB. Обсуждение результатов. На основании вышеизложенного, можно сделать следующие выводы:

– впервые получена аналитическая зависимость для произвольных углов скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора;

– решение этой задачи конкретизирует характер рисунка сопряжения режущих кромок ножей ротора и статора и обеспечивает широкие возможности для последующего проведения анализа характера их воздействия на волокнистый полуфабрикат на всей рабочей кольцевой поверхности диска, от входной окружной кромки до выходной;

– логически встаёт задача определения радиуса rx, окружности, проведённого из Р центра О диска гарнитуры в точку пересечения Ах режущих кромок AB и AB ;

c – логически встаёт задача определения угла скрещивания режущих кромок ножей при одностороннем исполнении гарнитур.

Таким образом, предложенная методика определения угла скрещивания режущих кромок ножей, при двухстороннем исполнении рисунков сопряжения рабочих поверхностей гарнитур ротора и статора, позволяет создавать конструкции гарнитур, работающих в энергосберегающем режиме, при одновременном увеличении производительности, качества и эффективности размола.

Библиографический список:

1. Афанасьев, П.А. Курс мукомольных мельниц/ П.А. Афанасьев. – СПб, 1876. – 295.

2. Афанасьев, П.А. Мукомольные мельницы/ П.А. Афанасьев. – СПб, 1883. – С. 357.

3. Брокгауз Ефрон. Энциклопедический словарь. Санк т Петербург: Типо Литография И.А. Ефрона. т. XIX, кн. 37, 1896. С.476.

4. Киселев, C.С. Эксплуатация и ремонт дисковых и конических мельниц/ С.С. Киселев, В.Ф. Пашинский. – М.: Лесная промышленность, 1979. – С.208.

5. Ковалев. В.И. Размол волокнистых полуфабрикатов при различном характере построения рисунка ножевой гарнитуры: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн.

наук (26.10.07) / В.И. Ковалев. – Красноярск: СибГТУ, 2007. – С. 22.

6. Легоцкий, С.С. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы / С.С.

Легоцкий, В.Н. Гончаров. М.: Лесная промышленность, С. 222.

УДК 662.73 Д.В. Дудкин А.С. Толстяк Д.А. Евстратова Г.Ф. Фахретдинова М.В. Ефанов П.А. Литвинцев ХИМИЧЕСКАЯ ГУМИФИКАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ГОУ ВПО «Югорский государственный университет»

г. Ханты-Мансийск Разработан способ химической гумификации лигноуглеводных материалов.

Доказана гуминовая природа полученных препаратов. Показана высокая физиологическая активность полученных препаратов.

Спектр применения гуминовых кислот очень широк. Гуминовые кислоты применяют как компоненты промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, кислотостойкие наполнители при изготовлении аккумуляторов, для улучшения структуры почв, в качестве стимуляторов роста растений, компонентов органоминеральных удобрений и антисептиков при лечении кожных болезней сельскохозяйственных животных [1]. Все существующие на сегодняшний день методы получения гуминовых кислот основаны на щелочной экстракции. В качестве сырья при этом используют торф или бурые угли. Исчерпаемость твердых видов топлива как природного ресурса наряду с длительностью микробного процесса гумификации растительных остатков заставляют искать возобновляемые источники сырья и искусственные пути их гумификации. Практический интерес в качестве сырья для получения гуматов представляют такие растительные отходы, как древесные опилки, солома, костра льна, лузга подсолнечника и т.д.

Сопоставление основных закономерностей реакций окислительного аммонолиза и биохимических процессов гумификации растительных остатков выявили схожесть этих процессов. Так в работе [2] показана возможность гумификации основных компонентов клеточной стенки растительных остатков с образованием гуминовых веществ близких по своему химическому составу гуминовым кислотам выделенных из верхового торфа. Однако практический выход гуминовых кислот сравнительно не велик и не позволяет рассматривать его, как практический способ их получения.

Близость химического состава механохимически оксиаммонизированного лигноуглеводного материала (ЛУМ) и торфа позволяет предположить возможность использования общих методов выделения гуминовых кислот. С научной точки зрения представляет большой практический интерес поиска эффективного способа химической трансформации торфа и продуктов механохимического окисления ЛУМ в гуминовые вещества.

Наибольшего внимания в реализации поставленной задачи заслуживает механохимический подход, так как позволяет проводить процессы в сложных гетерогенных системах с высокими константами скоростей при минимально возможных энергетических затратах. В работе [2] показано, что схема процесса окислительного аммонолиза ЛУМ в условиях механохимического воздействия повторяет общие закономерности в биотической гумификации растительных остатков и позволяет получить гуминовые вещества. Однако, низкий гидромодуль, используемый для подавления делигнификационных процессов, не позволяет разрушить лигногуминовый комплекс и перевести гуматы в растворимое состояние. По этой причине для увеличения практического выхода гуминовых кислот из продуктов окисления ЛУМ по аналогии с торфом переменена водно-щелочная экстракция, сопряженная с окислительной деструкцией лигногумата и других компонентов. Так как механохимическое ведение процесса наиболее применимо, то дальнейшие исследования были сопряжены с использованием эффекта кавитации.

Проверка правильности выбранного решения реализована в гидродинамическом кавитационном окислении торфа и продуктов окисления ЛУМ при высоком гидромодуле водного раствора основания. Исследование влияние условий проведения процесса на выход гуминовых кислот позволил прейти к заключению, о том, что:

- кавитационный поток водного раствора основания генерирует заметное количество перекисных соединений. При этом кинетика их образования имеет формы кривой с насыщением (предполагаем, что вода по действием ударных гидродинамических воздействий образует пероксид водорода);

- количество непрерывно образуемых перекисных соединений достаточно для интенсивного ведения процесса без привлечения дополнительного количества окислителя извне;

- не зависимо от типа основания, процесс наибольшего образования гуминовых кислот (ГК) протекает за 300 секунд механохимического воздействия и приводит к практическому выходу в 50% и 10% ГК из верхового торфа и механохимически оксиаммонизированной древесины соответственно.

Однако, сделанные выводы не позволяют с полной уверенностью говорить о подлинно гуминовой природе полученных веществ. Настоящая работа посвящена изучению химического состава полученных препаратов.

В таблице 1 представленные данные элементного состава полученных веществ.

Сравнительный анализ элементного состава полученных препаратов и ГК выделенных из различных объектов позволяет отметить соответствие элементного состава образцов 2,3 элементному составу ГК торфа и почв, образца 4 элементному составу фульвокислоты морских донных отложений [3]. Более высокое содержание кислорода в образце 4 должно согласно [4] обуславливать его более высокую физиологическую активность, как фитогормонального препарата.

Таблица 1 - Элементный анализ искусственно полученных гуминовых кислот (ГК)* № Название образца Элементный состав, масс.% образца С,% О,% Н,% N,% ГК исходного торфа 1 55.27±0,40 35,53±0,16 5.34±0,08 3,56±0, ГК полученного из 2 55,13±0,14 34,51±0,09 6,20±0,02 3,86±0, торфа в водном аммиаке ГК полученного из 3 57,76±0,08 33,53±0,06 6,16±0,07 2,25±0, торфа в растворе гидроксида натрия ГК полученного из 4 41,50±1,16 51,51±0,43 5,18±0,12 1,51±0, оксиаммонизированной древесины сосны в растворе гидроксида калия *-все ГК содержат в своем составе серу в количестве менее 0,3%.

В таблице 2 представлены данные характеризующие функциональный состав полученных гуминовых веществ. Несмотря на некоторое различие содержания кислых групп в составе искусственных ГК полученные данные хорошо соотносятся с литературными. И можно с уверенность говорить о соответствии данного критерия оценки образцов классифицируя последние, как ГК торфа.

На рисунке 1 приведены ИК-спектры искусственно полученных ГК. Из представленных данных можно, так же подчеркнуть, что искусственно полученные ГК имеют общий качественный и сопоставимый количественный химический состав с ГК торфа.

Неотъемлемым качеством всех ГК является их фитогормональная активность. Для выяснения физиологической активности полученных препаратов проведен полевой опыт на яровой пшенице сорта «Алтайский простор» на опытном поле Алтайского НИИ сельского хозяйства СО РАСХН.

В качестве прототипа выбран препарат “Росток” изготовленный ФГОУ ВПО “Тюменская ГСХА”. Семена обрабатывались протравливанием семян 0,5 л 1 % раствора на 10 л/т агрохимиката, и используя внекорневую обработку гуминовыми препаратами в фазу кущения – начало трубкования (25 июня 2010) из расчета 300 л/га рабочего раствора (0,001 %).

Таблица 2 - Функциональный состав искусственно полученных ГК Название образца -COOH, OHфен.+ OHалиф.

ммоль/г ммоль/г -СOOH, ммоль/г ГК исходного торфа 2,81±0,14 8,44±0,27 5,98±0, ГК полученного из торфа в водном аммиаке 3,63±0,16 5,63±0,42 6,41±0, ГК полученного из торфа в растворе 5,98±0,86 6,41±0,50 8,29±0, гидроксида натрия _ ГК полученного из торфа в водном аммиаке с последующей экстракцией раствором гидроксида натрия _ ГК полученного из торфа в растворе гидроксида натрия _ ГК полученного из торфа в водном аммиаке _ ГК полученного из оксиаммонизированной древесины 56. сосны в растворе гидроксида калия _ ГК исходного торфа %T 7. 4000.0 3000 2000 1500 1000 450. cm- Рисунок 1 - ИК-спектр искусственно полученных ГК Изученные гуминовые препараты, за исключением гумата натрия, являются эффективными рост стимулирующими средствами для яровой пшеницы. Влияние гуминовых удобрений проявляется, в первую очередь, повышением озерненности колоса. В результате урожайность культуры возрастает на 13-18 % (таблица 3).

Выводы.

Показана и практически осуществлена возможность искусственной 1.

гумификации растительных материалов в условиях механохимического воздействия.

Показано соответствие структуры полученного препарата химическому составу гуминовых кислот.

Подтверждена физиологическая активность искусственно полученных ГК.

2.

Таблица 3 - Влияние гуматов на урожайность яровой пшеницы, т/га Вид гумата Обработка семян Обработка семян и всходов Контроль 1,36 1, Росток 1,67 1, Гумат аммония 1,60 1, Гумат натрия 1,32 1, Гумат калия полученного из оксиаммонизированной древесины сосны 1,63 1, НСР05= FфF05 1,52 1, Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (госконтракт № П2446).

Библиографический список:

1. Химическая энциклопедия / гл. редактор А. М. Прохоров // Химическая энциклопедия : в 6 т. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 1. — 671 с.

2. Взаимодействие лигноуглеводный материалов с окислителями в водном растворе аммиака при механохимическом воздействии / дис. соискание ученой степени канд.

хим. наук по специальности 05.21.03/ Д. В. Дудкин. — Красноярск, 2004. — 176 с.

3. Анализ, классификация и прогноз свойств гуминовых кислот / дис. соискание ученой степени доктора хим. наук по специальности 02.00.02/ Перминова И.В. — М., 2004. — 359 с.

4. Федорова Т.Е. Количественная спектроскопия ЯМР 13С, 17О и физиологическая активность гуминовых кислот / автореф. на соискание ученой степени кандидата химических наук. – Иркутск, 2000.- 24с.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 11 |
 



 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.