Введение 13
1 Высокочастотные генераторы плазмы и перспективы их применения для обработки технических лигнинов 15
1.1 Образование и способы обработки технических лигнинов в
целлюлозно-бумажной промышленности 15
1.1.1 Сульфитная варка 16
1.1.2 Сульфатная варка 17
1.1.3 Термический способ утилизации отходов целлюлозно-бумажного
производства 19
1.2 Гидролизный лигнин 22
1.2.1 Получение гидролизного лигнина 22
1.2.2 Переработка гидролизного лигнина 24
1.3 Высокочастотные генераторы низкотемпературной плазмы 25
1.3.1 Высокочастотные индукционные плазмотроны 26
1.3.1.1 ВЧИ-плазмотроны с водяным охлаждением 28
1.3.1.2 ВЧИ-плазмотроны с газовой термозащитой стенок камеры 28
1.3.1.3 Разрядные пористые ВЧИ камеры 30
1.3.1.4 Конструкции ВЧИ-плазмотронов с металлическими разрезными
водоохлаждаемыми камерами 30
1.3.2 Высокочастотные емкостные плазмотроны (ВЧЕ) 32
1.3.2.1 ВЧЕ-плазмотроны линейной схемы 33
1.3.2.2 Линейно-тороидальные ВЧЕ-плазмотроны 34
1.3.2.3 ВЧЕ-плазмотрон с плоской геометрией электродов 34
1.3.2.4 ВЧЕ-плазмотроны с коаксиальной геометрией электродов 35
1.3.3 Высокочастотные факельные плазмотроны 35
1.4 Перспективы применения высокочастотных факельных
плазмотронов для плазменной обработки технических лигнинов в виде
диспергированных горючих композиций 38
2.1 Расчет показателей горения в виде водно-органических композиций 41
2.2 Термодинамический расчет плазменной утилизации сульфатного
лигнина в воздушной плазме 42
2.3 Термодинамический расчет плазменной утилизации гидролизного
лигнина в воздушной плазме 49
3 Экспериментальное исследование процесса плазменной обработки технических лигнинов 56
3.1 Схема плазменной установки на базе ВЧФ-плазмотрона 56
3.2 Определение расхода плазмообразующего газа через разрядную
камеру ВЧФ-плазмотрона 59
3.3 Определение расхода воздуха через газоход и реактор плазменного стенда 61
3.4 Исследование режимов работы ВЧФ-плазмотрона 63
3.5 Экспериментальные исследования процесса плазменной утилизации
сульфатного лигнина 66
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 67
4.1 Предпроектный анализ 67
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 67
4.1.2 SWOT-анализ 68
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 69
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 69
4.2.2 Контрольные события проекта 70
4.2.3 План проекта 71
4.3 Бюджет научно-технического исследования 71
4.3.1 Расчет материальных затрат НТИ 71
4.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ 73
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы 74
4.3.4 Дополнительная заработная плата 75
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 76
4.3.6 Накладные расходы 77
4.3.7 Контрагентные расходы 77
4.3.8 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта 78
4.4 Расчет бюджета традиционного метода утилизации 79
4.4.1 Расчет материальных затрат НТИ 79
4.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование 79
4.4.3 Основная заработная плата исполнителей темы 80
4.4.4 Дополнительная заработная плата 80
4.4.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 81
4.4.6 Накладные расходы 81
4.4.7 Контрагентные расходы 81
4.4.8 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта 82
4.5 Организационная структура проекта 82
4.6 Матрица ответственности 83
4.7 Определение интегрального показателя эффективности 84
5 Социальная ответственность 87
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе
в лаборатории 87
5.2 Требования к ПЭВМ и организация работы 89
5.2.1 Организационные мероприятия 89
5.2.2 Технические мероприятия 89
5.2.3 Условия безопасной работы 91
5.3 Электробезопасность 93
5.4 Пожарная и взрывная безопасность 96
Выводы 98
Заключение 99
Список публикаций 100
Список используемых источников 102
Приложение А (справочное) Теплота сгорания влажного сульфатного лигнина 106
Приложение Б (справочное) Теплота сгорания влажного гидролизного лигнина 107
Приложение В (справочное) Определение расхода плазмообразующего газа
через ВЧФ-плазмотрон 108
Приложение Г (справочное) Определение расхода воздушного потока через
газоход и реактор плазменного стенда без узла ввода 109
Приложение Д (справочное) Определение расхода воздушного потока через
газоход и реактор плазменного стенда с учетом узла ввода 110
Приложение Е (справочное) Режимы работы ВЧГ и плазменного стенда 111
Приложение Ж (Справочное) Матрица SWOT 112
Приложение З (Справочное) Интерактивная матрица проекта 113
Приложение И (Справочное) Итоговая матрица SWOT-анализа 114
Приложение К (Справочное) Перечень этапов, работ и распределение
исполнителей 116
Приложение Л (Справочное) Календарный план-график 117
Приложение М (Справочное) Матрица ответственности 118
Приложение Н (Справочное) Сравнительная оценка характеристик вариантов
исполнения проекта 119
Одна из актуальных задач рационального природопользования - решение проблемы утилизации крупнотоннажных промышленных отходов. Накопленные промышленные отходы занимают значительные земельные территории, выступают источником загрязнения окружающей среды, следствием чего является ухудшение условий жизни человека.
Количество некоторых углеродсодержащих отходов столь велико, что их рассматривают как вторичные техногенные сырьевые ресурсы.
Лигнин как составная часть древесины наиболее трудноутилизируемый отход, который образуется при ее химической переработке на целлюлознобумажных и гидролизных предприятиях.
По данным Международного института лигнина (International Lignin Institute) в мире используется не более 2 % всех видов технических лигнинов. Большая часть отходов производства отправляется в могильники на территории предприятия или сжигается.
В настоящее время отсутствуют исчерпывающие технические решения по утилизации технических лигнинов, хотя обзор научной литературы последних лет свидетельствует о возрастающем интересе исследователей к этому сырьевому ресурсу.
В связи с этим представляет интерес проведение утилизации технических лигнинов в условиях высоких плазменных температур.
На кафедре «Техническая физика» Национального исследовательского Томского политехнического университета на протяжении ряда лет ведутся исследования по переработке различных промышленных отходов в условиях воздушной плазмы высокочастотного факельного разряда (нефтяные и угольные шламы, древесные отходы: пыль и опилки, отходы после очистки питьевой воды), а также поиски новых областей промышленного применения такой плазмы; созданы стационарные и передвижные плазменные установки для утилизации органических отходов, имеется разрешительная документация на их производство и применение.
Целью работы является исследование процесса плазменной утилизации технических лигнинов в воздушной плазме ВЧФ-разряда в виде оптимальных водно-органических композиций.
Задачи, которые необходимо было решить для достижения поставленной цели:
1 Аналитический обзор процесса варки целлюлозы и получения гидролизного лигнина, традиционных методов переработки технических лигнинов.
2 Обзор видов генераторов низкотемпературной плазмы и их областей применений.
3 Моделирование процесса плазменной утилизации сульфатного и гидролизного лигнина в воздушной плазме ВЧФ-разряда. Рекомендовать оптимальные составы ВОК на основе сульфатного и гидролизного лигнина, режимы для практической реализации процесса утилизации.
4 Экспериментальное подтверждение рекомендованных условий для разрабатываемого процесса плазменной утилизации отходов.
Результаты проведенных исследований могут быть использованы при создании плазменных установок для промышленной утилизации технических лигнинов различного состава и назначения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
