Университет Решетнёва

Общая информация о лаборатории:

Год создания: 2020 г.

Количество сотрудников: 12 чел.

Информация о деятельности лаборатории:

Научные направления:

• Разработать основы теории, процессов химической переработки биомассы древесины и возобновляемого растительного сырья с элементами совершенствования оборудования в целлюлозно-бумажном производстве и производстве ДВП

• Разработать научные основы интенсификации процессов тепло- и массопереноса на контактных вихревых ступенях и реализовать процесс термической ректификации в технологических линиях по переработке биомассы растительного сырья 

• Создать экологически чистую технологию получения целлюлозы в целлюлозно-бумажном производстве, разработать экологически чистой и энергосберегающий способ делигнификации растительного сырья (древесины и стеблей однолетних растений) без использования серу- и хлорсодержащих соединений, реализуемого при температурах ниже 100 ºС и при атмосферном давлении

• Переработка коры хвойных пород с получением полифенолов, сорбентов и других продуктов технического назначения. Биоконверсия растительного сырья с получением кормового и пищевого белка, получение БАВ из вегетативной части древесных растений

• Технология и оборудование химической переработки биомассы растительного сырья

Публикации:

1. Wood industry clusters and their optimal location for the efficient use of forest raw materials/Venera, M., Chuvaeva, A., and Fedorov, V. (2023). "Wood industry clusters and their optimal location for the efficient use of forest raw materials," BioResources 18(1), 1848-1866. DOI: 10.15376/biores.18.1.1848-1866

2. Wood Fibre Recapture from Process Water during Weforming of Fiberboard: Process Modelling with Environmental and Economic Assessment/Vititnev, A., Marchenko, R., Matygulina, V., Rubinskaya, A., Shishmareva, A. (2022). “Wood Fibre Recapture from Process Water during Weforming of Fiberboard: Process Modelling with Environmental and Economic Assessment,” BioResources 18(1), 1330-1346. DOI: 10.15376/biores.18.1.1330-1346

3. Окислительная делигнификация пшеничной соломы/Пен Р. З., Шапиро И. Л., Марченко Р. А. 2022. Окислительная делигнификация пшеничной соломы, DOI: 10.24108/preprints-3112615

4. Determination of Carbohydrates in Water Extract of Balsamic Poplar Leaves with Use of HPLC/Mamaeva O. O., Isaeva E. V. 2022. Determination of Carbohydrates in Water Extract of Balsamic Poplar Leaves with Use of HPLC. PREPRINTS.RU. DOI: 10.24108/preprints-3112588

5. SEPARATE DIMENSIONAL AND QUALITATIVE CHARACTERISTICS WOOD FIBERS DURING PROCESS ITS REFINING. PREPRINTS.RU./ Aleksandr Vititnev, Yuri Alashkevich, Natalia Chistova. 2022.// DOI: 10.31224/2419

6. Destruction of plant substrates by basidial fungi Fomitopsis pinicola/Mamaeva O. O., Isaeva E. V. 2022. Destruction of plant substrates by basidial fungi Fomitopsis pinicola. PREPRINTS.RU. DOI: 10.24108/preprints-3112452

7. Пероксидная целлюлоза из однолетних растений: монография / Р.З. Пен, И.Л. Шапиро, Н.В. Каретникова и др.; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. – Красноярск, 2022. – 144 с. ISBN:978-5-86433-932-9

8. Совершенствование контактных устройств барботажной тарелки / Н. А. Войнов, А. С. Фролов, А. В. Богаткова, Д. А. Земцов, О. П. Жукова/ / «Химия растительного сырья», 2022, №4. С. 343-351 DOI: 10.14258/jcprm.20220411381

9. The effect of vermiculite on the fire protection of composite materials. Natalia G. Chistova, Venera N. Matygulina, and Aleksandr Yu. Vititnev. AIP Conference Proceedings 2467, 080036 (2022), DOI: 10.1063/5.0092812

10. Influence of speed rotor frequency of grinding machines on size and qualitative characteristics of fibrous semi-finished products, Aleksandr Vititnev, Yuri Alashkevich, Natalia Chistova, Venera Matygulina and Roman Marchenko, AIP Conference Proceedings 2467, 020046 (2022), DOI: 10.1063/5.0092785

11. Биоконверсия как способ утилизации послеэкстракционных остатков древесной зелени пихты (Abies sibirica) с получением кормовой добавки/ Мамаева О.О., Исаева Е.В., Федоров В.С., Рязанова Т.В. Биоконверсия как способ утилизации послеэкстракционных остатков древесной зелени пихты (Abies sibirica) с получением кормовой добавки //Химия растительного сырья. 2022. No2. С. 243–251. DOI: 10.14258/jcprm.20220210460

12. Пероксидная целлюлза из пшеничной соломы/Пен Р.З., Шапиро И.Л., Каретникова Н.В. Пероксидная целлюлза из пшеничной соломы // Химия растительного сырья. 2022. No2. С. 299-305. DOI: 10.14258/jcprm.20220210688

13. Утилизация листьев тополя (Populus balsamifera L.) методом биоконверсии/ Мамаева, О. О. Утилизация листьев тополя (Populus balsamifera L.) методом био0конверсии / О. О. Мамаева, Е. В. Исаева // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. – 2022. – Т. 15. – № 1. – С. 102-109. DOI: 10.17516/1998-2836-0275. – EDN ERMRCS

14. Гидродинамически активированные опилки сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. - субстрат для культивирования штамма Gl4-16A Ganoderma lucidum/ Федоров, В. С. Гидродинамически активированные опилки сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. – субстрат для культивирования штамма Gl4–16A Ganoderma lucidum / В. С. Федоров, Т. В. Рязанова, Ю. А. Литовка, И. Н. Павлов, Е. А. Литвинова, Е. А. Петрунина, С. Р. Лоскутов, В. Н. Ермолин, М. А. Баяндин // Журн. Сиб. федер. ун-та. Химия, 2022, 15(1). С. 90–101. DOI: 10.17516/1998-2836-0274

15. Cопротивление тангенциальных завихрителей с кольцевыми каналами/ Войнов Н.А., Богаткова А.В., Дерягина Н.В., Земцов Д.А., Кожухова Н.Ю. Сопротивление тангенциальных завихрителей с кольцевыми каналами // Химия растительного сырья. 2022. No1. С. 335–342., DOI: 10.14258/jcprm.2022019670

16. A study of diabatic distillation in a column with a low pressure drop/ Nikolai A. Voinov, Denis A. Zemtsov, Nina V. Deryagina,Anastasiya V. Bogatkova, Olga P. Zhukova. «A study of diabatic distillation in a column with a low pressure drop», Chemical Engineering Research and Design 2022, 185, P. 1-13 DOI: 10.1016/j.cherd.2022.06.033

17. Experimental Study and Numerical Simulation of Hydrodynamic Parameters of Tangential Swirlers/ Nikolai A. Voinov, Alexander S. Frolov, Anastasiya V. Bogatkova, Denis A. Zemtsov. «Experimental Study and Numerical Simulation of Hydrodynamic Parameters of Tangential Swirlers», ChemEngineering 2022, 6(4), 48, DOI: 10.3390/chemengineering6040048

18. Sedimentation of Refined Cellulosic Pulp Fines in the Suspension during Physical Agglomeration/ Voinov, N., Bogatkova, A., Zemtsov D., Vititnev, A., Marchenko, R. (2022). “Sedimentation of Refined Cellulosic Pulp Fines in the Suspension during Physical Agglomeration,” BioResources 17(3), 3883-3905, DOI: 10.15376/biores.17.3.3883-3905

19. Intensification of Heat and Mass Transfer in a Diabatic Column with Vortex trays/ Voinov, Nikolai A., Anastasiya V. Bogatkova, and Denis A. Zemtsov. 2022. "Intensification of Heat and Mass Transfer in a Diabatic Column with Vortex Trays" ChemEngineering 6, no. 2: 29. DOI: 10.3390/chemengineering6020029

Результаты интеллектуальной деятельности:

Виды РИД	Дата подачи заявки или выдачи патента, свидетельства	Наименование РИД	Номер государственной регистрации РИД
Изобретения	05.04.2022	2022109069	Способ насыщение жидкости газом в аппарате с мешалкой
Изобретения	13.12.2022	2022132617	Способ получения микрокристалической целлюлозы
Изобретения	14.12.2022	2022132690	Контактная ступень колонны термической ректификации

Сотрудничество с другими организациями:

1. Красноярский региональный центр коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН

2. АО «АО «Новоенисейский лесохимический комплекс»» ПАО «Сегежа Групп» Segezha Group PJS

3. АО «Сибирский лесохимический завод» Биохимический холдинг ОРГХИМ

Аннотированный отчет о работе в 2022 году:

Красноярский край, расположенный в центре России, обладает крупнейшими запасами лесных ресурсов (14,2 % общероссийского запаса леса, 3% мирового) и является одним из лидеров деревообрабатывающего комплекса России, занимая ведущее место по объему производства лесопромышленной продукции. В то же время, вклад лесного комплекса в экономику края не превышает 3% и это существенно ниже оцениваемого потенциала. Это результат ориентирования региональных производителей на реализацию необработанной древесины. В соответствии со «Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года» к 2030 году планируется существенно изменить эту ситуацию. Для этого необходимо развивать основные направления – рост выпуска целлюлозы и тарного картона, развитие производства пиломатериалов, плитных производств, мебели и деревянного домостроения, ориентированных в равной степени на внутренний рынок и на экспорт.

Площадь лесного фонда Красноярского края составляет 168,1 млн. га (20,62 % от лесных запасов России или 6 % от мировых запасов); на долю лесных насаждений приходится около 69 % территории края. По данным государственного лесного реестра на 01.01.2020 общий запас древесины в Красноярском крае составляет 11,4 млрд м3, что составляет 18 % общероссийских запасов древесины, в том числе хвойных пород – 9,5 млрд м3 (83,4%), из которых 6,7 млрд м3 представлено спелыми и перестойными насаждениями. Леса края на 88 % состоят из хвойных пород (более 50 % приходится на лиственницу, 17 % - ель и пихта, 12 % - сосна и более 9 % - кедр). При этом основная доля ценных лесов произрастает в центральной части региона.

Несмотря на значительные запасы лесных ресурсов в Красноярском крае, его доля в производстве лесопромышленной продукции России, как отмечалось ранее, невелика и составляет 2,48 %. Это связано с недостаточной развитостью предприятий глубокой переработки древесины и целлюлозно-бумажной промышленности. Например, при заготовке 7,45 млн. м3 древесины ежегодно выпускается только 230 тыс. т. продукции целлюлозно-бумажной промышленности. Более 5 млн. м3 круглого леса вывозится за пределы края и страны. Большая часть продукции лесопромышленного комплекса Красноярского края производится на экспорт: деловая древесина (53,1 %), пиломатериалы (46,7 %), бумага газетная (17.06 %), гофрокартон (13,1 %), древесностружечные (31,6 %) и древесноволокнистые плиты (11,4 %), топливные гранулы (100 %).

В настоящее время проблеме ресурсосбережения и повышения качественных показателей готовой продукции уделяется особое внимание. Это подтверждается многочисленными исследованиями по поиску альтернативных решений и условий широкого вовлечения в различные производства разнотипных древесных отходов и низкокачественной продукции различных отраслей лесной промышленности. Обладая уникальным химическим составом и возобновляемостью, биомасса дерева широко используется в качестве сырья для получения широкой гаммы продуктов. В то же время используемые в настоящее время промышленные технологии химической переработки растительного сырья энергоемки и неблагополучны в экологическом отношении.

Процесс размола волокнистых полуфабрикатов при производстве бумаги, картона и древесноволокнистых плит является наиболее важным технологическим этапом, определяющим эффективность размалывающего оборудования и его энергопотребление, качественные характеристики получаемых полуфабрикатов и физико-механические показатели готовой продукции. Наряду с этим при производстве готовой продукции на этапах отлива и формования волокнистого полотна или ковра неизбежны потери волокон при их попадании в сточные воды, что ухудшает экологический и экономический аспекты производства. Для решения поставленных задач – в работе были проведены экспериментальные исследования процесса размола волокнистых полуфабрикатов для подтверждения эффективности механизма воздействия принципиально новых размольных элементов на волокна, получение основных моделей, позволяющих прогнозировать и регулировать необходимые усилия, обеспечивающие наибольшую эффективность процесса размола, заданное качество полуфабрикатов и готовой продукции при использовании вторичных отходов производства. Актуальность проблемы заключается в разработке теоретических основ процессов глубокой переработки растительного сырья, позволяющих повысить эффективность применяемого оборудования, прогнозировать и обеспечивать качественные показатели полуфабрикатов и готового продукта, экологическую безопасность производств.

Размол волокнистых полуфабрикатов в целлюлозно-бумажном производстве в основном производится для масс с низкой концентрацией. Концентрация размалываемой массы является одним из наиболее действенных факторов, регулирующих и определяющих соотношение усилий, действующих во время размола в ножевых размалывающих машинах. Увеличение концентрации размалываемой массы в процессе размола влечет за собой ряд положительных особенностей, включающих в себя сохранение исходной длины волокна, повышение прочностных свойств бумажного продукта и снижение удельных затрат электроэнергии на размол. Поэтому исследования направленные на изучение явлений связанных с морфологическим изменением волокон и затратами удельной энергии размалывающего оборудования в процессе размола массы высокой концентрации, с учетом конструктивных особенностей размалывающих органов являются актуальными.

Использование компонентов растительного сырья химической переработки в качестве товарных продуктов на основе их разделения и очистке ректификацией позволяет увеличить рентабельность производства.

Применяемые в настоящее время адиабатические ректификационные колонны не обеспечивают их качественное разделение, что обуславливает низкую энергоэффективность и экологичность производства. Установки для разделения скипидара габаритны, потребляют большие расходы теплоносителя и не эффективны, что приводит к потерям разделяемых веществ, получения товарного продукта низкого качества. Поставлена задача на основе результатов предыдущих исследований процесса диабатической ректификации разработать опытную колонну термической ректификации с целью совершенствования промышленных установок.

Создание ресурсосберегающих и экологически безопасных технологических процессов производства технической целлюлозы остается актуальной задачей. Продолжая начатые ранее исследования в области разработки окислительного способа делигнификации, в настоящей работе выполнили сравнительную оценку эффективности ряда добавок к варочному раствору в качестве катализаторов и промоторов окисли-тельных процессов с участием пероксида водорода и перуксусной кислоты при делигнификации пшеничной соломы, оценили возможность и эффективность уменьшения жидкостного модуля при варке стеблей пшеничной соломы с целью снижения расхода энергетических и материальных ресурсов, а также эффективность предварительной щелочной обработки соломы.

Выращивание технической конопли в РФ с начала XXI века существенно рас-ширяется, в связи, с чем появилась и проблема утилизации отходов – стеблей соломы, которые также могут стать сырьевым ресурсом для целлюлозно-бумажной промышленности. В отчетном году выполнена серия предварительных исследований по получению пероксидной целлюлозы из этого вида сырья. Определены оптимальные технологические параметры процесса делигнификации конопляной костры и пеньки, изучены морфологические и бумагообразующие свойства целлюлозы; изготовлены и испытаны бумажные образцы (отливки). Подтверждена возможность и целесообразность промышленного производства целлюлозы из стеблей технической конопли.

Основным источником загрязнения окружающей среды являются растительные отходы, которые образуются в результате заготовки древесины. Количество таких отходов колеблется от 30 % до 50 % от общей биомассы дерева. Следует отметить, что кора хвойных пород является обильным и недорогим отходом агропромышленного комплекса, что позволяет использовать ее в качестве сырья для химической переработки. Относительный объем коры в стволе у разных пород хвойных пород следующий: лиственница 22-25 %, сосна 10-16 %, ель 6-13 %, кедр 6-10 %, пихта 11–19 %. Миллионы тонн коры находятся в отвалах в течение многих лет, создавая дополнительную нагрузку на окружающую среду. В то же время кора дерева содержит ценные экстрактивные вещества, а крупнотоннажные отходы коры – огромный сырьевой ресурс для производства дорогостоящих химических продуктов. Разработка экологического способа переработки коры является перспективным направлением в глубокой переработке растительного сырья.

Учитывая вышеизложенное, проблема утилизации древесных отходов является актуальной. Полученные научные результаты имеют высокую значимость для Красноярского края и Сибирского региона в целом, так как они могут служить основой при создании безотходной технологии переработки биомассы дерева с получением высококачественных продуктов.

Основные результаты работы лаборатории:

Результаты экспериментальных исследования процесса размола древесных волокон при их сопоставлении с теоретическими разработками подтвердили, что возможность перераспределения составляющих усилий с увеличением доли нормальных при воздействии принципиально новой конструкции гарнитуры позволяет интенсифицировать процесс размола древесноволокнистого полуфабриката, улучшая его размерно-качественные характеристики и фракционный состав в сравнении с традиционной гарнитурой. Получены основные модели процесса размола, позволяющие прогнозировать требуемые эффективные воздействия на древесные волокна при их обработке, обеспечивая необходимые размерно-качественные характеристики и фракционный состав полуфабриката для получения высококачественной экологичной древесноволокнистой продукции с заданными физико-механическими свойствами при возможности возврата и эффективного вторичного использования отходов производства древесноволокнистых плит.

Приведены экспериментальные исследования по получению математических зависимостей с целью подтверждения возможности повторного использования уловленного древесного волокна в сравнении традиционными и новыми дисками рафинера в технологическом процессе получения древесноволокнистых плит. Разработано моделирование процесса внутреннего вторичного использования древесного волокна при улавливании его из сточных вод. С целью сравнительной оценки эффективности предлагаемых технологий в работе проведена эколого-экономическая оценка улавливания древесного волокна при моделировании процесса его получения в производстве ДВП.

Проведенные научные и экспериментальные исследования процесса размола волокнистой массы высокой концентрации показали, что данный способ размола позволяет обеспечить более качественную разработку волокон с преимущественным фибриллированием волокон. Установлено что касательная сила режущих ножей размалывающих гарнитур может быть побудителем фибриллирующего воздействия на волокно при размоле массы высокой концентрации. Впервые разработана конструкция гарнитуры с окружной формой ножей, у которой касательная сила значительно выше, чем у традиционных гарнитур с прямолинейной формой ножей. Получены математические модели, позволяющие определяющие вклад каждого исследуемого технологического фактора на бумагообразующие свойства волокнистой массы высокой концентрации и физико-механические характеристики готового продукта.

Разработаны и исследованы новые способы интенсификации процесса термической ректификации. Изготовлены и запатентованы конструкции контактных ступеней для проведения процесса ректификации. Разработана, изготовлена и установлена опытная колонна термической ректификации для разделения и очистки скипидара и продуктов лесохимического профиля.

Наиболее приемлемым катализатором для промышленной реализации окисли-тельной делигнификации растительного сырья в среде «пероксид водорода – уксусная кислота – вода» является серная кислота. Техническая целлюлоза, полученная окислительным пероксидным способом из конопляной соломы, по основным свойствам близ-ка к целлюлозе, вырабатываемой из древесины лиственных пород. Конопляную солому следует рассматривать как перспективное растительное сырьё для целлюлозно-бумажных предприятий.

Делигнификация стеблей однолетних растений пероксосоединениями относится к числу «зеленых» технологий. Для снижения расхода реагентов (пероксида водорода, уксусной кислоты) может быть проведение варочного процесса при низком жидкостном модуле и (или) щелочная экстракция после окислительной обработки сырья. Фаутная древесина с периодом высыхания до 5 лет пригодна для выработки ограниченного ассортимента сульфатной целлюлозы по обычной технологии, принятой на целлюлозно-бумажных предприятиях.

Разработана научная концепция технологии комплексной переработки коры лиственницы сибирской на основе полученных экспериментальных данных химического состава. Технология предусматривает выделение из сырья экстрактивных веществ, обладающих дубящей способностью, и переработка полученного послеэкстракционного остатка в качестве субстрата для микробиологической переработки с помощью дереворазрушающих базидиальных грибов.