Совершенствование эффективности переработки леса в России и за рубежом - Экология - Скачать бесплатно
среднем извлекается приблизительно 50-60
% смолистых веществ. Количество хлорофилловых пигментов в
бензиновом экстракте составляет 20-30 %, а каротиноидов до 50 %
от содержания их в исходном сырье. При дальнейшей переработке
экстрактов древесной зелени сосны и ели получают до 5 кг
провитаминного концентрата, 5-5,5 кг бальзамической пасты, до 2
кг хвойного воска, а также 200-230 г хлорофиллина натрия.
В НПО "Силава" (Латвия) на основании данных о работе цехов
по переработке древесной зелени на базе типового оборудования с
использованием нестандартных экстракторов разработан проект
лесобиохимического цеха с получением хлорофилло-каротиновой пасты
и тяжелого эфирного масла [Продниекс, 1988]. Ниже приведены
технико-экономические показатели цеха.
Технико-экономические показатели цеха
Годовой выпуск товарной продукции, тыс.р. 123,95
Годовая потребность, т:
в сырье .....……………………………............ 600
в бензине ............…………………………….. 39
в едком натре ........………………………... 2,82
Общая сумма капиталовложений, тыс.р. 101,27
Средняя прибыль, тыс.р. .....……………..... 47,52
Средняя рентабельность, %.…………........ 62
Окупаемость капитальных вложений, год . . 2,54
Удельные капитальные затраты на 1 руб. товарной продукции,
81,7 коп.
Однако в проекте заложены заниженные данные по выходу
продуктов из 1 т сырья: хлорофилло-каротиновой пасты-50 кг,
тяжелого эфирного масла -95 г. Их выход составляет до 70 кг и
140 г соответственно. То есть по выпуску товарной продукции
данные занижены на 45 тыс.р. Денежный выход с 1 т продукции
составит 281,7 р. [Левин, 1981; Репях, 1988]. Таким образом,
цеха, получающие в качестве продуктов переработки древесной
зелени только тяжелое эфирное масло и хлорофилло-каротиновую
пасту уже оказываются высокорентабельными предприятиями. Нo
неполнота извлечения экстрактивных веществ, а также высокая
пожароопасность производства обусловили поиски новых
растворителей для проведения процесса экстракции.
Внедрение в промышленные технологические схемы в качестве
экстрагента трихлорэтилена было осуществлено на основании
исследований, проведенных на кафедре процессов и аппаратов
Таллиннского политехнического института. Отмечено, что
трихлорэтилен имеет наивысшую среди хлорорганических
растворителей стабильность в условиях экстракции, относительно
низкую температуру кипения (87,0°С) и практически не растворима
воде (0,1 %), что облегчает его регенерацию. Авторами была
разработана технология экстракции древесной зелени хвойных
пород трихлорэтиленом в непрерывном процессе при обработке
извлеченньк смолистых веществ триэтиламином. Эта технология была
внедрена в химцехе Валгского лесхоза и Выруского леспромхоза
(Эстония) и в химцехе Тетеревского опытного лесхоззага
(Украина). Однако анализ работы этих предприятий показал, что,
хотя трихлорэтилен и является трудногорючей жидкостью,
пожароопасность которой на одну категорию ниже, чем у
экстракционного бензина БР-1, он обладает повышенной
токсичностью. Предельно допустимая концентрация его паров в
воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м3, что очень трудно
достижимо в промышленных условиях. Возникают большие
затруднения при очистке стоков. Кро ме того, при длительном
хранении на свету трихлорэтилен постепенно окисляется кислородом
воздуха до фосгена, а при соприкосновении с водой образует
корродирующую смесь. Поэтому этот способ не нашел широкого
распространения, так же как и предложенная схема экстракции
древесной зелени в винтовых аппаратах непрерывного действия.
К недостаткам рассмотренных схем относят прежде всего
неполное извлечение и использование содержащихся в древесной
зелени веществ. При получении биологически активных веществ по
технологической схеме с применением экстракции органическим
растворителем в обессмоленной древесной зелени остаются
неиспользованными водорастворимые вещества, а при водной
экстракции - жирорастворимые. Резервом дальнейшего улучшения
показателей является совершенствование технологии, а также
комплексная переработка древесной зелени. Эффективность
получения продуктов при комплексной переработке зависит в этом
случае главным образом от выбора экономически обоснованного
направления использования сырья.
3.4.3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
В настоящее время предложен целый ряд способов комплексной
переработки древесной зелени методами последовательной
экстракции водой и бензином. Однако двухстадийная экстракция
исследованная как в периодическом, так и в непрерывном режиме не
нашла применения в цехах по комплексной переработке древесной
зелени. В НПО "Силава" был разработан экспериментальный проект
завода с последовательной бензино—водной экстракцией. Из
приведенных основных технике—экономических показателей следует,
что экономическая эффективность производства при введении такой
экстракции снижается [Левин, 1981; Репях, 1988]. Основные
технико-экономические показатели производства:
Сумма товарной продукции, тыс.р. . . 123,90/184,09
Водный экстракт, т.…………………....... -/100
Хлорофилло-каротиновая паста, т …….. 30/30
Хвойный воск, кг............ 1800/1800
Эфирное масло, кг ........... 57/57
Потребность:
в сырье .........………….... 600/600
в технологическом паре . .. .. 1554/4140
в технологической воде, м3 . . . 18000/21400
Число работающих, чел. ........ 16/30
Капитальные вложения, тыс.р. . . .. 101,0/214,8
Общая рентабельность, %....... 37/21
Срок окупаемости капитальных вложений, год.........
2,54/5,60
Примечание: Числитель - данные для бензиновой экстракции,
знаменатель - для совмещенной.
Поэтому для широкого внедрения схемы комплексной
переработки древесной зелени необходимо интенсифицировать
процесс экстрагирования или получать на основе хвойно—водного
экстракта, который в 5 раз дешевле хлорофилло-каро-тиновой
пасты, продукты с высокой потребительной стоимостью.
В настоящее время разработан способ совмещенной водно-
бензиновой экстракции биологически активных веществ из
древесной зелени по дифлегмационному методу, который позволяет
увеличить выход биологически активных веществ на 15 % и
сократить продолжительность процесса экстракции более чем в 2
раза по сравнению с последовательными экстракциями. Полученные
экстракты при этом перерабатываются раздельно.
Из одной тонны древесной зелени сосны по безотходной
технологии можно получить 210-230 хлорофиллина натрия, 4,4-4,6
кг провитаминного концентрата, 4,5-4,7 кг бальзамической пасты,
1,8-2,0 кг воска, 70-90 кг водного лечебного экстракта, 450-470
кг хвойной витаминной муки на сумму 1250-1360 р. в зависимости
от выхода продуктов [Ягодин, 1988].
Для увеличения выхода экстрактивных соединений при
использовании двухстадийной экстракции предлагалось также
использовать анионные поверхностно-активные вещества
(алкилсульфанаг натрия), добавление которых в количестве 0,1 % от
экстрагента (воды) позволяет существенно увеличить выход
биологически активных веществ.
Анализ водного экстракта древесной зелени, получаемого по
существующим технологиям, показал значительное содержание в нем
витаминов, Сахаров, органических кислот, фенольных соединений и
минеральньк компонентов. Это дало возможность использовать водные
экстракты как сырье для ферментативной переработки.
Кроме того, значительное содержание в древесной зелени
протеина (8-14 % в хвое сосны) и его высокая кормовая ценность
вследствие нахождения в нем дефицитных аминокислот, и прежде
всего лизина, позволили разработать и предложить для реализации
ряд технологических схем по выделению белково-витаминных
концентратов холодной водой с добавками неорганических веществ.
[pic]
рис. 7. Принципиальная схема комплексной переработки
древесной зелени с получением БВК
Технологическая схема, позволяющая получить наряду с
водорастворимыми и жирорастворимыми биологически активными
веществами еще и белково-витаминный концентрат, приведена на
рис. 7. По предложенной схеме из 1 т абс. сух. сырья могут быть
получены белково-витаминный концентрат - 80-90 кг, хло-рофилло-
каротиновой пасты - 50, хлорофиллина натрия -40 г, хвойного
воска - 6-7 кг, ТЭМ - 250 г, хвойного лечебного экстракта - 170-
200 кг, кормовых дрожжей -60—70 кг, а также углеводного корма до
500 кг, который по содержанию протеина на основании ГОСТ
200083-74 можно отнести ко 2 группе. Наибольшее влияние на выход
протеина оказывают добавки щелочи до концентрации 0,3 %.
Подобные схемы, несмотря на глубокий и дифференцированный
подход к проблеме переработки древесной зелени, не нашли
промышленного применения. Прежде всего это связано с большими
энергетическими и временными затратами на ступенчатое
использование различных растворителей при последующей их
регенерации. Качество же получаемых белково-витаминных
концентратов в значительной мере снижается из-за примесей
соединений, переходящих в водный раствор - горечей, дубителей и
т.д., освобождение от которых пока не отработано.
Американские ученые осуществляли экстракцию из древесной
зелени путем ее измельчения в воде (1:4 по весу). Экстракт
отделяли фильтрованием через ткань, а затем центрифугировали.
Выделяемый после центрифугирования осадок лиофильно высушивали,
получая пастообразный хлорофилло-каротиновый продукт, а
надосадочную жидкость использовали для получения белка, который
осаждали ацетоном в течение 5 ч. При этом осаждалось до 95 %
белка. Выход белка и пасты составил соответственно 2,5 и 12 %.
Такой способ считается экономически эффективным, если область
заготовки сырья и сбыта продукции не будет превышать 60 км от
места переработки. Расчет при этом делается, главным образом, на
породы с более высоким, чем в сосне, содержании протеина. Кроме
того, наряду с высокой его кормовой ценностью, сравнимой с
кормами животного происхождения, также отмечается снижение
качества продукта из-за наличия сопутствующих соединений.
Сотрудниками СибТИ предложена технология получения
концентратов фосфолипидов (рис. 8). Эти соединения играют важную
роль в образовании мембранных внутриклеточных структур и
обладают высокой биологической активностью.
[pic]
Рис. 8. Принципиальная схема получения фосфолипидов
Содержание фосфолипидов в осенне-зимний период достигает
1,2—1,8 % от древесной зелени, поэтому выделение их из более
дешевого, чем используемого сейчас для этих целей (семена
масленичных культур, яичный желток, сердце крупного рогатого
скота), сырья целесообразно. Поскольку технология
предусматривает выделение продуктов в "мягких" температурных
режимах (0-20 °С), вещества извлекаются практически не
деструктированными и отличаются высоким качеством. Однако в
литературе еще нет данных о промышленной апробации этой схемы.
В литературе также описан способ получения витамина Е из
фитола нейтральных соединений древесной зелени при
конденсации с триметилгидрохиноном в среде пропанола и
хлоридом цинка (3 %) и фторидом бора (0,002 %) в качестве
катализаторов при температуре 150—170 С. Однако также нет
данных о практическом применении этого способа.
Сотрудниками ЛТА им. С.М. Кирова с учетом исследований
состава экстрактивных веществ древесной зелени сосны
обыкновенной и данных по биологической активности и свойствам
отдельных соединений экстракта создана техно-
[pic]
Рис. 9. Принципиальная схема переработки экстрактивных
веществ древесной зелени сосны обыкновенной
логия, позволяющая выделить концентраты соединений,
обладающих наиболее ценными свойствами (рис. 9). В настоящее время
эта технология проходит опытно—промышленные испытания.
Кроме горячей воды, бензина и трихлорэтилена, заложенных в
качестве экстрагентов в существующие технологические схемы
получения биологически активных веществ из древесной зелени,
исследователями изучалось применение для этой цепи еще целого
ряда органических и неорганических веществ. Установлено, что
экстрагирующая способность дихлорметана, ацетона, изопропанола,
трихлорэтилена, этил-ацетата и спиртобензольной смеси в 1,5-2,5
раза выше, чем у бензина. Однако из-за своей повышенной
растворимости в воде и токсичности эти экстрагенты не нашли
применения в существующих технологических схемах.
Показана возможность использования для экстракции древесной
зелени жидкого диоксида углерода. В углекислотном экстракте
установлено наличие эфирного масла (2% от экстракта),
хлорофилла, каротиноидов, витаминов С, Р и Е, провитамина Д, а
также воска, кислот, липидов и других веществ. Благодаря наличию
этих компонентов экстракты обладают высоким
биогенностимулирующим действием.
К недостаткам этого метода относятся значительные затраты
на производство экстрагента при больших потерях его в процессе
экстракции (20-50 % от емкости экстрактора), а также высокое
давление в экстракторах и вследствие этого необходимость
изготовления специального оборудования. Технология экстракции
жидким диоксидом углерода эффективна только в случае
непосредственного применения получаемого экстракта. Соединения,
входящие в его состав, из-за низких температур проведения
процесса практически не претерпевают никаких изменений. В случае
же дальнейшей переработки экстракта с использованием процессор,
связанных с жесткими температурными режимами, применение
диоксида углерода в качестве экстрагента теряет смысл. Тем не
менее экологическая нейтральность и пожаробезопасность процесса
наряду с низкой температурой экстрагирования позволяют
предположить широкое распространение технологических схем,
основанных на использовании диоксида углерода в качестве
экстрагента древесной зелени.
Проводилось изучение и процессов экстрагирования древесной
зелени стандартной смесью хладонов 11 и 12(1:1) по МРТУ 6-02-
395-66. Содержание летучих веществ в экстракте составило 27,9
% от экстракта. Применение смеси хладонов в качестве
экстрагентов позволяет, по мнению авторов, получить экстракты,
которые можно вводить в парфюмерную продукцию, выпускаемую в
аэрозольной упаковке. Оцнако, опасность применения хладонов,
связанная с разрушением ими озонового слоя земли, делает
использование этих экстрагентов в промышленном масштабе
маловероятным.
3.5. ЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЛЕСА
Основными лесозаготовительными районами Российской Федерации
остаются Иркутская область, Красноярский и Хабаровский края,
Тюменская и Архангельская области. Леса европейской части страны,
наиболее доступные для эффективного использования и
подвергавшиеся вследствие этого усиленной эксплуатации, в
настоящее время почти полностью вовлечены в хозяйственный оборот
и в значительной мере истощены. Перемещение лесозаготовок в
слабоосвоенные районы, удаленные от сложившихся центров
промышленной переработки и потребления древесины, сопровождается
постоянно увеличивающимися затратами на заготовку и вывоз
древесины, требуют крупных капитальных вложений в развитие
производственной и социальной инфраструктуры.
В 1994 г. выпуск лесобумажной продукции по сравнению с 1993
г. снизился по всем подотраслям комплекса: лесозаготовительной
промышленность - на 32,2 %, лесопилки - на 31,4 %, в производстве
древесно-волокнистых плит - на 32,4 %, целлюлозы - на 18,1 %,
бумаги - на 23,2 % [Мазур,1996].
Наибольшее отставание допустили предприятия многолесных
районов Сибири и Дальнего Востока. Значительно снизили выпуск
деловой древесины предприятия республик Хакассия и Бурятия,
Иркутской, Читинской, Омской областей.
Одна из проблем, стоящих перед лесной промышленностью, - это
сокращение потерь древесного сырья в процессе заготовки и
переработки. Речь идет как о снижении объемов образуемых отходов,
так и о ликвидации недорубов и потерь заготовленной древесины от
несвоевременной вывозки, несовершенных методов транспортировки,
накопления древесины у временных транспортных путей и т.д.
Основные направления ресурсосбережения в лесной
промышленности - рациональное использование древесного сырья (что
на стадии заготовки древесины выражается в максимально
эффективном использовании лесосечного фонда, сокращении потерь
древесины), а также расширение использования и переработки
древесных отходов в качестве заменителя деловой древесины,
позволяющие достичь ощутимого экологического эффекта, состоящего
в сокращении вырубаемых лесных площадей, сохранении природной
среды и т.д.
Промышленно-хозяйственная деятельность лесного комплекса
тесно связана с проблемами развития природоохранных и социальных
функций лесов. Ограничение на дальнейшее увеличение объемов
заготавливаемого древесного сырья вместе с требованиями
сохранения и улучшения состояния лесной среды как части биосферы,
с необходимостью повышения эффективности и использования всей
биомассы, получаемой на лесосеках, требуют переориентации всего
комплекса на ресурсосберегающий путь развития.
Этот переход возможен только на основе использования новейших
достижений науки и техники, внедрения безотходных технологий,
расширения объемов использования вторичных ресурсов и отходов
производства.
При недостатке древесного сырья медленно решается проблема
комплексного использования древесины, дефицит современного
оборудования и передовых технологий не позволяет расширить
масштабы переработки лиственной древесины, древесных отходов,
макулатуры для выработки эффективных заменителей деловой
древесины. Наиболее крупные предприятия отрасли сосредоточены в
Восточной Сибири, в Северном, Северо-Западном и Уральском
регионах, а также в Калининградской области [Шеховцев, 1995].
Значительно сократилось в настоящее время производство
важнейших видов продукции деревообрабатывающей и целлюлозно-
бумажной промышленности.
Снижение спроса со стороны капитального строительства явилось
одной из причин сокращения производства клееной фанеры, оконных и
дверных блоков , цементно-стружечных плит. Снизилось производство
деревянных домов заводского изготовления.
Предприятия комплекса являются значительным источником
загрязнения атмосферного воздуха. Общеотраслевой выброс в
атмосферу в 1994 г. составил 523,3 тыс. т и сократился по
сравнению с 1993 г. на 18 %, это объясняется неполной (40-50 %)
загрузкой производственных мощностей [Мазур, 1996].
Наиболее характерными загрязняющими веществами для данной
отрасли являются твердые вещества (29,8 % суммарного выброса в
атмосферу), оксид углерода (28,2 %), диоксид серы (26,7 %),
оксиды азота (7,9 %), толуол (1 %), сероводород (0,9 %), ацетон
(0,5 %), ксилол (0,45 %), бутил (0,4 %), этилацетат (0,4 %)
метилмеркаптан (0,2 %), формальдегид (0,1 %) и др.
В качестве наиболее крупного загрязнителя атмосферы (по
объему выброса) можно выделить Архангельский ЦБК (г. Новодвинск)
с объемом выброса в 1994 г. 47,8 т, что составляет 7,5 % от
общего выброса по отрасли.
В перечень городов с наибольшими выбросами загрязняющих
веществ в атмосферный воздух и сбросами в водные объекты в
Российской Федерации, где производственная деятельность
предприятий комплекса является определяющей, вошли г.
Архангельск, Братск, Красноярск, Пермь, Усть-Улимск.
Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из самых
водоемких отраслей народного хозяйства РФ, поэтому наиболее
сильное воздействие предприятия деревообрабатывающей и целлюлозно-
бумажной промышленности оказывают на состояние поверхностных вод.
Ежегодное потребление свежей воды в отрасли составляет около
2,1 - 2, млрд. м3, или около 4,5 - 4,7 % общего водопотребления в
промышленности России. Относительно невысокая экономия свежей
воды, которая составляет 69 %, что объясняется необходимостью
использования свежей воды в ряде технологических процессов в
качестве одного из компонентов сырья [Шеховцев, 1995].
На долю комплекса приходится свыше 20 % (2 млрд. м3) сброса
загрязненных сточных вод промышленностью РФ. Для предприятий
целлюлозно-бумажной промышленности проблема уничтожения
количества и степени загрязнения сточных вод имеет первостепенное
значение. Главный источник образования загрязненных сточных вод в
отрасли - производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и
сульфитном способах варки древесины и отбелке полуфабриката с
применением хлорпродуктов.
Загрязненные сточные воды предприятий отрасли характеризуются
наличием в них таких вредных веществ, как сульфаты, хлориды,
нефтепродукты, фенолы, формальдегиды, метанол, фурфурол,
диметилсульфид, диметилдисульфид.
Основная причина негативного воздействия на окружающую среду
предприятий данной отрасли - использование старых технологий и
устаревшего оборудования. Этими факторами определяется
значительная масса загрязняющих веществ, поступающих с основного
производства на очистные сооружения и в природную среду. Большой
объем сточных вод и высокая концентрация в них загрязнений
вынуждают использовать громоздкие очистные сооружения, не
решающие полностью своих задач. На очистных сооружениях
образуется большое количество осадков, основная часть которых
поступает в накопители, что приводит к их перегрузке и
соответственно к воздействию на подземные воды.
Водные объекты в местах расположения предприятий отрасли
подвергаются отрицательному воздействию. По-прежнему загрязнен
участок Усть-Илимского водохранилища, на который оказывает
неблагоприятное влияние р. Вихоревка, куда сбрасывается более
половины сточных вод Братского ЛПК. Река здесь характеризуется
как "чрезвычайно грязная", в воде содержание формальдегида
достигало 6 ПДК, лигнина - 14,7 мг/ л, сероводорода - 280-510
ПДК. В бассейне р. Сухоны наиболее загрязнена р. Пельшма. Для
реки характерен экстремально высокий уровень загрязненности воды
в створе ниже сброса сточных вод ПО "Соколбумпром", где
среднегодовые концентрации составляют: аммонийного азота - 32
ПДК, лигносульфонатов -173 мг/л [Шеховцев, 1995].
Высокое содержание органических веществ способствует острому
дефициту растворенного в воде кислорода (до 0,59 мг/л) и
образованию сероводорода (до 0,07 мг/л).
Значительный объем загрязненных сточных вод в поверхностные,
водоемы сбрасывают:
|
