Репозиторій ЧДТУ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________  
          «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., 
професор 
    _________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
                                                                       «____»  _________________2022р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ УТИЛІЗАЦІЇ 
МАКУЛАТУРИ ТА ДЕРЕВНИХ ВІДХОДІВ. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
___________Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Анна ГАПОНЕНКО  
 
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
Черкаси 2022 
 3 
 
 
 
ВСТУП 
 
Актуальність теми. Активоване вугілля широко використовується у 
багатьох галузях промисловості, зокрема і у процесах хімічної 
промисловості. Очищення відхідних газів та стічних вод заснована головним 
чином на адсорбції вуглецевими адсорбентами. Таким чином активоване 
вугілля, як один із основних адсорбентів, дозволяє задовольнити постійно 
зростаючі вимоги до чистоти питної води. Крім того, активоване вугілля 
використовують в хіміко-технологічних процесах як каталізатор або носій 
для каталізаторів. Активоване вугілля знайшло широке використання і в 
багатьох інших галузях промисловості. Його широко використовують у 
медицині при лікуванні захворювань шлунково-кишкового тракту, очищені 
крові, у виробництві медикаментів. Активоване вугілля застосовують для 
рафінування цукру, концентрування золота та срібла з розчинів ціанідів, при 
виробництві пластмас, у виробництві автомобільних шин, фільтрів цигарок, 
трубок для паління тощо. 
Постійному розвитку адсорбційної техніки та адсорбентів в значній 
мірі сприяє збільшення показників якості активованого вугілля, це 
обумовлено вдосконаленням способів його виробництва. 3 розвитком 
промислового виробництва активованого вугілля, степінь застосування його 
неухильно зростає. 
В даний час світове виробництво активованого вугілля складає 
приблизно 900 тис. т/рік, з яких біля 300 тис. т/рік випускається в Європі. В 
Україні ж річний випуск активованого вугілля обмежений кількома 
десятками тон, тому у вітчизняній промисловості відчувається дефіцит 
вуглецевих сорбентів. Саме тому розробка технології виробництва 
 4 
 
активованого вугілля із деревних відходів в України є актуальною задачою 
на шляху розвитку хімічної промисловості.  
Мета роботи. Метою написання кваліфікаційної роботи магістра є 
розробка технологічної схеми виробництва дрібнодисперсного активованого 
вугілля шляхом карбонізації деревини 13 подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю. 
Для досягнення заданої мети, необхідно вирішити наступні 
завдання: 
1. Провести аналіз напрямків використання макулатури та деревних відходів 
у якості сировини для хімічного виробництва; 
2. Вивчити методи виробництва дрібнодисперсного активованого вугілля 
шляхом карбонізації відходів деревини із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю; 
3. Розробити технологічну схему виробництва дрібнодисперсного 
активованого вугілля шляхом карбонізації відходів деревини із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою сумішшю; 
4. Провести розрахунок матеріального та теплового балансу процесу 
активування вугілля шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою сумішшю; 
5. Здійснити розрахунок основного апарату та додаткового технологічного 
обладнання виробництва активованого вугілля шляхом карбонізації з 
деревних відходів із подальшим активуванням деревного карбонзату 
парогазовою  
Об'єктом розробки є технологія та обладнання для утилізації 
макулатури та деревних відходів. 
Предметом дослідження в роботі є виробництва дрібнодисперсного 
активованого вугілля шляхом карбонізації відходів деревини із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою сумішшю. 
 5 
 
Наукова новизна полягає в тому, що запропоноване застосування 
деревних відходів у виробництві дрібнодисперсного активованого вугілля 
шляхом карбонізації відходів деревини із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю. 
Практичне значення отриманих результатів. Запропонована 
технологія дрібнодисперсного активованого вугілля шляхом карбонізації 
відходів деревини із подальшим активуванням деревного карбонзату 
парогазовою сумішшю дозволяє активованого вугілля необхідної якості, що 
може використовуватись багатьох галузях промисловості та подолання 
дефіциту вуглецевих сорбентів.  
 6 
 
1 АНАЛІЗ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ УТИЛІЗАЦІЇ 
МАКУЛАТУРИ ТА ДЕРЕВНИХ ВІДХОДІВ 
 
 
1.1 Актуальність погляду на деревні відходи як на сировину для 
хімічної переробки 
 
 
На різних стадіях заготівлі та переробки у відходи потрапляють різні 
частини деревних рослин, які становлять основну масу ресурсів лісу. На етапі 
валки та вивезення деревини це охвоєні та облистяні гілки, сучки, 
вершинник, пеньки. У ході первинної обробки до них приєднуються 
тонкомір, відкомлівка, фаутна деревина, часто весь листяний прируб. Якщо 
підприємство постачає окорені баланси, то накопичується кора. Коли стовбур 
розкроюється на брус, дошки, заготовки для будинкобудування, у відходи 
переходять горбииль, обрізки, тирса, рейки, тріски. Таким чином, вторинні 
ресурси лісоексплуатації різноманітні за породою, розміром, належать різним 
частинам дерева.  
Економічно доцільно спрямовувати різні відходи для виробництва 
різних хімічних продуктів, виходячи з їх складу та інших особливостей. 
Водночас, лісгосп це не хімічне підприємство. Слід враховувати особливості 
його розташування, трудові ресурси, енергетику, види транспорту.  
Елементний склад деревини мало залежить як від породи, так і від 
частин дерева, що використовуються як сировина. Більшою мірою 
елементний склад залежить від умов проростання та часу вирубки дерева. 
Органічна частина деревини містить: 48,5...50,1% вуглецю, 6,1…6,9% водню, 
43,4...45,2% кисню, 0,9...1,5% азоту. У деревної зелені та тонких гілках азоту 
більше, ніж в інших частинах дерева. Мінеральні речовини розподілені в 
різних тканинах дерева в різних концентраціях та співвідношеннях. У листі ˗ 
 7 
 
до 7% золи, у хвої ˗ до 4%, у коренях ˗ 4...6%, у корі ˗ до 3%, у деревині ˗ 
0,15...0,35%. Найбільше в золі CaO, помітні кількості K2O i SiO2. 
Хімічні речовини, що входять до складу частин дерева, різноманітні. 
Структура та властивості деяких з них вивчені досить докладно, щодо інших 
такі дослідження лише починаються. Утворення і вміст компонентів 
деревини визначається їх роллю в життєдіяльності рослини. Головні 
компоненти - целюлоза та лігнін утворюють тіло рослини. Довгі волокна 
целюлози формують структуру рослини забезпечують її опір на розрив. 
Лігнін, поширений між волокнами (“інкрустований”), підвищує їх зв'язність 
один з одним, збільшує міцність на злам. Не можна стверджувати, що 
біологічна роль целюлози і лігніну цим обмежується. Їхній взаємозв'язок у 
деревині визначено ще не до кінця, як і призначення. Немає і абсолютно 
повного знання про їх хімічний склад. Відомо, що целюлоза складається з 
довгих ланцюжкових молекул, утворених одиницями, що повторюються, як 
на рисуноку 1.1: 
 
 Рисунок 1.1 – Ланцюжок молекул целюлози. 
Спрощено можна представити, що цей ланцюг утворений глюкозними 
залишками C6H10O5, від кожного з яких відщеплена молекула води та які 
з'єднані один з одним через кисневий місток. Число таких ланок у молекулі 
целюлози, за деякими даними, досягає 10000. Ці довгі молекули пов'язані між 
собою і утворюють агрегати з яких будується волокно. При цьому окремі 
молекули розташовуються не вздовж осі волокна, а під деяким кутом, що 
збільшує міцність і гнучкість рослини. Вміст целюлози в стволі в залежності 
від породи і коливається в межах 48...55%. 
 8 
 
Склад лігніну ще більше залежить від способу видалення із деревини, 
ніж склад целюлози, тому не можна суворо стверджувати, що його структура 
у природному вигляді відома. Більшість сходиться на том, що це полімерна 
ароматична сполука, сформована в основному з фенілпропанових ланок. 
Знаходять, що його молекулярна маса більше 1000. Вміст лігніну в 
стовбуровій частини 19...27%. 
Інші важливі компоненти деревини ˗ геміцелюлози. Під 
геміцелюлозами розуміють полімерні вуглеводи з п'ятьма чи шістьма 
вуглецевими атомами в основній ланці. Їхні загальні формули ˗ пентозами 
(C5H8O4)n, та гексозани (C6H10O5)n.. Ці речовини легко розкладаються до 
простих цукрів під впливом слабких кислот, а також переводять у 
водорозчинний стан у присутності слабких розчинів лугів. Імовірна їхня роль 
у рослині ˗ запасні поживні речовини. 
У деревині та корі деяких рослин містяться танніди або дубильними 
речовинами, що є розчинними у воді, а також у спирті та деяких інших 
розчинниках речовини. Здавна відома здатність цих речовин змінювати 
властивості шкіри ˗ зміцнювати та захищати від гниття. 
У смоляних ходах деревини хвойних порід міститься живиця,складна 
суміш речовин, що виробляються клітинами, що вистилають смоляні ходи. 
При раженні живиця витікає назовні. Це явище породило дуже важливий 
напрямок прижиттєвої експлуатації дерев ˗ підсочку. Живиця, що 
виділяється, являє собою розчин смоляних кислот у рідких органічних 
сполуках – терпенах. Ці речовини захищають уражене місце від проникнення 
збудників хвороб. 
Коли дерево зрубане, пеньок гине не відразу: спочатку йде інтенсивне 
смоливиділення. Пеньок і коріння просмолюються. Якщо залишити його на 
просіці на кілька років, то частина целюлози, лігніну, геміцелюлоз вигниє і 
смоляність пенька ще збільшиться. Утворений в результаті таких 
перетворень пеньковий осмол є сировиною екстракційної промисловості. 
 9 
 
При нанесенні вражень деяким листяним деревам у період сокоходу 
виділяється сік. Сік берези та клена має промислове значення. Він містить 
цукри, аскорбінову та деякі інші кислоти, ефірні олії, сапоніни, що мають 
фітонцидні властивості, інші органічні сполуки, сон кальцію, калію та 
мікроелементи. Вміст сухих речовин у соках – 1...3%. З різновиду клена 
(Acer Saccharum), що росте в Канаді видобувають сік, що містить до 4% 
декстрози. Видобуванням та уварюванням цього соку займаються в Канаді 20 
тисяч фермерів. 
Хімічний склад фотосинтезуючих тканин рослин сильно відрізняється 
від складу інших елементів. Хвоя і листя дуже важливі для життєдіяльності 
рослин. Вони забезпечують фотосинтез ˗ перетворення вуглекислоти та 
вологи з повітря на органічні речовини, з яких складається тіло дерева. 
Зауважимо, що тільки рослини та деякі мікроорганізми здатні, 
споживаючи неорганічні речовини, синтезувати органічні сполуки, 
акумулюючи цим енергію світла. Вся земна фауна, включаючи людину, далі 
тільки засвоює створене рослинами. Можна з упевненістю сказати, що кожен 
вуглецевий атом, який сьогодні входить до складу наших тіл, колись був 
частиною якоїсь рослини. 
Через фотосинтезуючі тканини йде складний та різноманітний обмін 
рослини з навколишнім середовищем, наприклад, виділяються фітонциди, що 
створюють у лісі особливий здоровий мікроклімат. Ці захисні засоби 
рослини, що накопичуються в його зелені, корисні і для людини. Можливість 
використання їх для цілей парфумерії та фармацефтики роблять деревну 
зелень сировиною, чиє значення важко переоцінити. 
Склад речовин фотосинтезуючих тканин різних порід дерев сильно 
різниться. Вміст целмолози у листі 25...30%, у хвої сосни 23%, у хвої ялини 
17%. Лігніну в листі близько 20%, у хвої близько 25%. У деревинній зелені 
на порядок більше мінеральних речовин, ніж у деревини. Близько половини 
всіх сполук, що містяться в деревинній зелені, розчинні у воді та в 
 10 
 
органічних розчинниках. Поживні речовини з ґрунту висхідним потоком 
надходять у водних розчинах в крону, а сполуки, синтезовані в листі та 
камбії, низхідним потоком переносяться в різні частини дерева, з чого 
випливає, що роль водорозчинних речовин у життєдіяльності рослини дуже 
велика. У листя і хвої містяться такі водорозчинні біологічно активні 
речовини, як вітамін С, вітаміни групці В і Н, амінокислоти, глікозидовані 
фенольні сполуки, у тому числі флаваноїди та дубильні речовини, цукор. 
Із хвої органічними розчинниками витягуються вітаміни груп Е, К, P, 
каротиноїди, зелені пігменти, включаючи хлорофіл, віск, феноли, ефіри та 
інші сполуки. Вони мають біологічною активністю і, зокрема, бактерицидну 
та фунгіцидною дією, причому їх вплив у суміші посилюється (синергізм). 
Кора різних порід містить 14...23% целюлози, 16...49% лігніну та 
20...35% водорозчинних речовин. Особливо багато екстрагованих водою 
сполук у корі ялини та осики (понад 30%). У корі осики та в меншій мірі у 
корі деяких інших дерев до осеніна копичуються ліпофільні речовини, що 
складаються головним чином з вищих жирних кислот, які також відомі як 
вітамін F. 
У корі багатьох порід містяться також похідні пірокатехіну, 
пірогаллола та інші фенольні сполуки, які можуть бути вилучені лужним 
екстрагуванням, наприклад, 5%-м водним розчином їдкого натру. 
При тривалому зберіганні відходів без захисту від атмосферних впливів 
відбуваються значні зміни їхнього складу. По перше, вони пов'язані з 
вимиванням водорозчинних речовин дощовою водою та по-друге, із гниттям. 
Гниття ˗ складний процес, що викликається грибами і бактеріями та 
розвивається також за рахунок впливу фізичних причин (набухання та 
розтріскування), комах, процесів окислення, що стимулюються 
термофільними бактеріями. Останні можуть призвести до розігрівання купи і 
навіть займання. 
 
 11 
 
 
 
1.3 Перспективні напрямки хімічної переробки деревних відходів 
 
1.3.1 Переробка деревної зелені 
 
 
Значна частина витрат при отриманні продукції з деревини зелені 
пов'язана з її заготівлею та транспортуванням. Тому механізація цих процесів 
значною мірою визначає собівартість продукції. Вибір способу заготівлі 
вторинної лісової сировини визначається технологією лісозаготівель. 
Технологія, що дісталася нам у спадок орієнтована насамперед на заготівлю 
та вивезення ділової деревини. Сучки та гілки, як правило, залишаються на 
просіці, потім згрібаються у купи і спалюються. За такої організації 
виробництва заготівля деревної зелені важка та неекономічна. В даний час 
під впливом вимог про рекультивацію лісосік та в прагненні підвищити 
ефективність виробництва підприємства впроваджують технології, що 
забезпечують доставку галузей до місця переробки. В цьому разі можна 
використовувати стаціонарні хвоєвідділювачі і утилізувати обезхвоєнні 
сучки. 
Існує кілька конструкції хвоєвідділювачів. Для механічного відділення 
гілки подаються вручну під ланцюжний транспортер. Знизу гілки 
притискаються до транспортера ребристим валиком та протягуються 
всередину. Під середньою частиною транспортера змонтований барабан із 
шарнірно закріпленими по його периметру ножами-білами. Він швидко 
обертається у протилежному від подачі гілок напрямку і збиває хвою. Потім 
сучок підхоплюється ще одним притискним ребристим валиком і витягується 
назовні. Хвоя зсипається вниз у бункер. Така установка за встановленої 
 12 
 
потужності 3 кВт переробляє 1,5 т/год гілок. Ступінь оголення гілок 
становить 85... 98%. 
Подрібнювач-пневмосортувальник (рисунок 1.2) складається з 
подрібнювача, що рубає гілки, що подаються на обрубки 13...60мм, двох 
послідовних циклонів з дозаторами-живильниками, що сортує колони та 
вентилятора. 
Подрібнена маса повітряним потоком подається в перший циклон і 
через живильник потрапляє в сортувальну колону Потік повітря в цій колоні 
підхоплює хвою, а більш важкі частки тріски випадають із її нижній частині 
Хвоя відокремлюється у другому циклоні. 
Загальна установочна потужність 17,2 кВт. Установка виробляє від 600 
до 1000 кг/год кондиційної деревної зелені. Відповідно до технічних вимог 
деревна зелень являє собою хвою, листя, бруньки і неодеревенілі пагони. 
Залежно від вмісту кори, хвої, листя, деревини, неорганічних та 
органічних домішок деревну зелень поділяють на три сорти відповідно до 
таблиці 1.1. 
Таблиця 1.1 – Показники якості деревної зелені 
Норма для 
Назва показника сорту 
Ι ΙΙ ΙΙΙ 
Масова частка хвої, листя, бруньок и неодеревенілих 
80 70 60 
пагонів, %, не менше 
Масова частка кори і деревини, %, не більше 15 25 35 
Масова частка інших органічних домішок (мох, 
5 5 5 
лишайник,трава, насіння і т.п.), %, не більше 
Масова частка неорганічних домішок, % не більше 0,2 0,2 0,2 
Існує ряд інших конструкцій, заснованих на механічному або 
пневматичне відділення хвої. Створено хвоєвідділювачі пересувного типу на 
базі транспортних та трелювальних тракторів з приводом від їх коробки 
передач, а також переносні – з приводом від бензопили. 
Для транспортування деревної зелені створені самозавантажувальні 
агрегати та декілька ефективних пристосувань. 
 13 
 
 
1 – транспортор; 2 – механізм, що подає; 3 – ножі; 4 – 
завантажувальний циклон; 5 – завантажувальний шлюзовий дозатор; 6 – 
сортуюча вертикальна колона; 7 – розвантажувальний циклон; 8 –
розвантажувальний шлюзовий дозатор-живильник; 9-заслінка; 10-
вентилятор. 
Рисунок 1.2 – Схема подрібнювача-пневмосортувальника. 
 
 
1.3.2 Виробництво вітамінного борошна 
 
 
 14 
 
Вітамінне борошно виходить шляхом швидкого висушування 
подрібненої хвойної або листяної деревної зелені в потоці гарячого 
теплоносія до вологості 8...12% і наступного її розмелювання до частинок 
розміром 1,5...2мм. Після висушування може проводитися додаткове 
гранулювання продукту. 
В якості сировини використовується хвоя, листя та молоді пагони 
діаметром не більше 3 мм, що зберігалися не більше трьох діб влітку та 15 
діб взимку. Правильно приготовлене вітамінне борошно містить до 105мг/кг 
каротину, а також хлорофіл, різні вітаміни, мікроелементи і як вітамінна 
добавка вводиться в комбікорми для тварин і птахів. Вихід борошна від 
вихідної зелені становить 40...50%. 
При виробництві вітамінного борошна застосовуються або 
аерофонтанні, або барабанні сушарки. Як теплоносій використовуються 
димові гази із спеціальної топки або котельні. Їхня температура регулюється 
за рахунок змішування з повітрям для досягнення температури 350°С. 
Головне при цьому – регулювання температурного режиму і складу газового 
теплоносія для підтримки відповідної якості продукту. 
Вологість, крупність помолу, кількість металомагнітних домішок 
залежать від технологічних режимів виробництва і використаного 
обладнання; вміст сирої клітковини – від технології заготівлі вихідної 
сировини, а вміст каротину та інших біологічно активних речовин – від 
цілого ряду факторів: пори року, заготівля деревини, термінів її зберігання, 
режимів сушіння, зберігання борошна та ін. 
Втрати каротину зростають поступово, по мірі висихання деревної 
зелені, проте характер кривих, що визначають ці втрати, різний при різному 
вмісті кисню в теплоносії. Якщо концентрація кисню в теплоносії значно 
перевищує 8%, каротин розкладається на самому початку сушіння, і його 
втрати становлять 30…60% від вихідного вмісту, тоді як при концентрації 
 15 
 
кисню в теплоносії до 2% – суттєві втрати каротину спостерігаються тільки 
після висушування деревної зелені нижче 7 % відносної вологості. 
Існують як стаціонарні, так і пересувні установки для отримання 
вітамінного борошна. Найбільшого поширення отримала установка за типом 
представленим на Рисуноку 1.3, що складається з дробильного агрегату, 
барабанної сушарки, дробарки та вагів. 
 
 А – деревна зелень; Б – паливо (дрова, відходи); Г – відвід димових 
газів; 1 – відділювач зелені;  2 – дробарка-подрібнювач ДКУ-М; 3 – бункер; 4 
– задня камера сушарки СЗПБ-2,0; 5 – барабан сушарки; 6 – вентилятор; 7 – 
передня камера сушарки; 8 – вивантажувальний люк; 9 – дробарка-млин для 
подрібнення сухої хвої, 10 – бункер-циклон, 11 - живильник-дозатор. 
 Рисунок 1.3 – Технологічна схема виробництва вітамінного борошна на 
пересувній установці. 
B ході технологічного процесу свіжа деревна зелень транспортером 
прямує до приймального люку дробарки, де відбувається первинне 
подрібнення. З дробарки подрібнена деревна зелень пневмотранспортером 
подається в бункер сирої сировини, звідки у задній камері надходить у 
 16 
 
завантажувальний пристрій, встановлений сушарки, а потім у приймальну 
лійку. Звідси сира деревна зелень гвинтовим транспортером, вмонтованим у 
сушарку, подається в сушильний барабан, де висушується топковими газами 
протягом 5...10 с при температурі 200...300°С вологості 6...9 %. 
Висушена деревна зелень разом із потоком повітря, що створюється 
вентилятором, надходить до розвантажувального пристрою, вмонтованого в 
передню камеру сушарки. Гвинтовим транспортером суха деревна зелень 
подається до вивантажувального люка і звідти на транспортер дробарки, в 
якій подрібнюється і перетворюється на вітамінне борошно. Далі 
пневмотранспортером борошно подається в бункер-циклон, з якого 
вивантажується живильником-дозатором та затарюється у мішки. Установку 
обслуговують чотири особи. 
За якістю вітамінне борошно поступається трав'яній, тому випускати її 
доцільно лише за нижчої собівартості чи районах, де заготівля трав'яного 
борошна утруднена. Дешевшою виходить кормове борошно з хвої, 
попередньо обробленої парою і віджате на пресі. Тоді одночасно 
виробляються ефірна олія, екстракт хвойний натуральний та борошно. 
Вміст каротину у вітамінному борошні при такій комплексній 
переробці падає до 45...50 мг/кг, але за вмістом протеїну та сирою клітковини 
вона наближається до трав'яного борошна 
 
 
1.3.3. Виробництво ефірних олій 
 
 
Вміст ефірної олії в рослинних тканинах різних хвойних порід сильно 
відрізняється за своїми значеннями. Так у деревній зелені ялини воно 
становить 0,1...0.5%, сосни – 0,3... 1,0%, ялиці – 2,5...3,5%. У корі ялиці 
 17 
 
міститься до 1,7% ефірних олій. Отже, процес отримання цього продукту 
найбільш ефективний при переробці ялицевої деревної зелені. 
Одержання ялицевої олії 
Ялицева деревна зелень містить набагато більше ефірних олій, ніж хвоя 
інших порід. Крім того, здавна відомі лікувальні властивості ялицевої олії. 
Його застосовують і у фармакопеї та в парфумерні, та для виготовлення 
медичної камфори. Тому один із основними показниками якості ялицевої олії 
є вміст в ньому борнілацетату, вміст якого в продукті має бути не менше ніж 
30%. 
Ялицева олія має стійкий запах і виражені бактерицидні, фітонцидні та 
віруліцидні властивості. Вона широко використовується в народній медицині 
для втирання при суглобовому ревматизмі, радикуліті, для інгаляції та лазні. 
Розроблено кілька типів установок для отримання цього продукту. 
Сировиною для добування ялицевої олії служать тонкі охвоєні гілки ялиці – 
ялицева лапка. Її заготовляють, зрізаючи з сучків нижньої частини крони 
дерев, що ростуть або переробляючи порубочні залишки. Стандартна ялицева 
лапка має довжину 26...30 см і товщину у зрізі до 1 см. Вона містить близько 
70% хвої, 12% деревини та 18% кори. Вихід лапки становить до 100 кг на 1м3 
заготовленої деревини. 
Максимальний вміст ефірних олій у ялицевій хвої зазвичай досягається 
в серпні, потім до весни поступово зменшується, а з настанням періоду 
вегетації знову починає зростати. Це слід враховувати під час організації 
заготівлі. У сильні морози хвоя легко опадає, тому заготівля лапки 
недоцільна. 
Розроблено спеціальну процедуру зберігання та підсушування лапки. Її 
укладають під навіси в стіжки чи гряди. Гряди роблять завширшки до 2 м, 
заввишки 2...3 м і завдовжки до 10 м. Поперек гряд у їх основу укладають 
колоди діаметром 20...30 см, які, коли лапка злежиться (днів через 10) 
 18 
 
виймають. Утворюються продухи для циркуляції повітря, що забезпечують 
підсушування та перешкоджають загниванню сировини. 
Перезволожену під дощем лапку слід попередньо підсушити у розстил, 
щоб виключити самозаймання в купах. Правильно заготовлену та укладену 
лапку можна зберігати більше року, що дозволяє зробивши заготівлі, 
забезпечити цілорічну експлуатацію ялицевих машин. 
Процес вилучення ялицевої олії ґрунтується на тому, що, хоча 
температура кипіння летких речовин, що входять до його складу 140...270ºС, 
з водяною парою вони утворюють азеотроп і переганяються при температурі 
близько 98°С. При цьому речовини, що входять до складу ефірних олій, мало 
розчинні у воді та легше води, внаслідок чого легко відстоюються, 
збираючись на її поверхні, звідки легко видаляються після відстоювання. 
Принцип роботи ялицевих установок різних конструкцій в тому, що 
водяна пара проходить через шар лапки, забирає ялицеву олію та виводиться 
в конденсатор-холодильник. Суміш води, що утворилася і олії 
розшаровується у спеціальному відстійнику, який називається флорентина. 
Олія відокремлюється та збирається до збірки. Воду зазвичай повертають у 
пароутворювач. В цьому випадку відпадає проблема ліквідації забруднених 
стоків. 
При багаторазовому використанні води в казані пароутворювача 
накопичуються нелеткі водорозчинні речовини. Періодично цей концентрат 
виводять та відганяють воду. Міцний сироп, що утворився, складається 
переважно з вуглеводів, може бути використаний як ливарне сполучення або 
сполучення для деревовугільних брикетів. 
Запропоновано одночасно з ефірними оліями випускати флорентинну 
воду, що містить в емульсованому стані значну кількість летких біологічно 
активних з'єднань. Ця вода може бути використана як протизапальний, 
загальнозміцнюючий засіб. 
 19 
 
Конструктивно ялицеварні установки розрізняються за способом 
отримання пари. В найпростіших (в'ятських) ялицеварках генерація пари 
поєднана в одному апараті з відгонкою олій. У цьому випадку касета з 
решітчастим дном заповнюється хвоєю і вставляється в котел, нижня частина 
якого заповнена водою. Котел вмонтований у топку, де спалюються дрова чи 
мазут. Пари кип’ячої води проходять через шар ялицевої лапки, нагрівають її, 
відганяють масла і виводяться через спеціальний патрубок у холодильник. 
Коли більша частина масел відігнана – нагрів припиняється, касета, після 
охолодження, витягується та замінюється на заповнену свіжою сировиною. 
Така конструкція ефективна, якщо на рік переробляється 200...300 т 
ялицевої лапки і виходить відповідно 3.5 т ефірної олії. Слід зазначити, що у 
поєднаних пароутворювачах можливий перегрів сировини. При цьому 
деревна зелень зазнає термічного розкладання, а продукти терморозпаду, 
потрапляючи в ефірну олію, значно знижують його якість, тобто. можливий 
брак. Тому в’ятські установки використовуються рідко. 
За більшої продуктивності ефективніше мати виносний котел (рис.1.4), 
який буде подавати пару в кілька ялицевих ярок і на інші потреби. У цьому 
випадку апарат оформляється як посудина з ложним решітчастим дном, під 
який підводиться пара або його обладнують паровими барбатерами. 
 20 
 
 
 1 – чан для ялицевої лашки; 2 – казан; 3 – топка; 4 – конденсатор-
холодильник; 5 – флорентина; 6 – приймач олії.  
 Рисунок 1.4 –Установка з виносним котлом. 
На багатьох таких установках і ялицеварка, і корпус холодильника, і 
відстійник, і збірники виконуються бондарним способом зі шпунтованої 
соснової, модринової або кедрової клепки. 
Більшість ялицеварок комплектуються чанами місткістю 7,5 м³. У 
такий чан із добіркою та утрамбуванням вміщується близько 2,5 т деревної 
зелені ялиці. Зустрічаються чани об'ємом 6,5 м³, що вміщує 2,1 т сировини. 
 21 
 
Технологічний пар виробляють у казані з дров'яною топкою 
продуктивністю 70...80 кг пари на годину. Відгін масла ведеться при 
інтенсивної подачі пари в перегінний чан. 
Для конденсації парів і олій та охолодження конденсату 
встановлюється конденсатор-холодильник, поверхня теплообміну якого 
коливається не більше 2,5.4,0 м². Охолоджувальна вода не повинна мати 
температуру вище 40...45 °C. 
Останнім часом на установках ефірні олії після флорентини надходять 
не в приймач олії, а у відстійник для відділення емульгованої води від олій. 
Цей відстійник представляє собою циліндричний бак, виконаний з 
оцинкованого заліза, щільно закритою кришкою. Місткість відстійника 
розрахована на дводобове вироблення ефірної олії. Оскільки тривалість 
відстоювання триває не менше трьох діб, то встановлюються два відстійника. 
Верхній шар олії після відстоювання зливають у бочку, а середній та нижній 
темні шари направляють на додаткове відстоювання. Залишок з відстійника 
зливають у перегінний чан на свіжозавантажену деревну зелень. 
При роботі на установках із двома чанами здійснюється операція 
довідгін ефірної олії. Сутність цієї операції полягає в тому, що після 
завантаження першого чана процес ведеться, як і в ялицеварці з одним 
чаном. Потім різко зменшують подачу пари і в дуже малій кількості подають 
її ще 2...3 год. Одночасно йде завантаження другого чана ялицевою лапкою. 
За цей час деревна зелень у першому чані дає усадку і частково 
перемішується. Після завантаження другого чану проводиться інтенсивна 
подача пари і до першого, і другого чану. 
Повторне інтенсивне подання пари в перший чан дозволяє отримати 
додатково 4...5 кг високоякісної ефірної олії. Довідгін йде приблизно 
протягом чотирьох годин. Після цього подача пари в перший чан 
припиняється. У другому чані триває відгін з інтенсивною подачею пари до 
припинення надходження олії з холодильника. Після цього проводять 
 22 
 
догонку ефірного масла в другому чані так само, як і в першому. Здійснення 
цієї операції дозволяє отримати додатково 8...10 кг ефірних олій на 
двочановій установці за оборот. 
До недоліків установки з виносним котлом відноситься неможливість її 
транспортування з одного майданчика на інший. Між тим це необхідне, 
оскільки під час роботи протягом 2...3 років на одному місці вичерпуються 
запаси сировини в окрузі. Збільшення відстані підвезення сировини 
позначається на собівартості олії, що виробляється. 
Ялицеварна пересувна установка вільна від цих недоліків. Вона 
змонтована на тракторних санях і може перевозитись лісовозними дорогами. 
На санях розміщуються перегінний чан місткістю 7,5 м3, паровий котел, 
флорентина, маслозбірник, мідний або алюмінієвий конденсатор-
холодильник з поверхнею теплообміну 2,5 м ². Чан встановлюється на двох 
сталевих півосях, що спираються на підшипник ковзання, що дозволяє за 
допомогою черв'ячного редуктора його перекидати. Для саморозвантаження 
його можна повертати вліво та вправо під кутом 125 º. 
Кришка має металевий жорсткий каркас з радіально розташованими 
швелерними накладками. за допомогою пружин, накладок і восьми 
шарнірних болтів кришка чану герметично закривається. У неї вмонтована 
труба для відведення суміші парів води та ефірних олій у конденсатор-
холодильник. Завантаження чану проводиться скіповим витягом місткістю 2 
м3. При завантаженні ялицевої лапки з одночасним утрамбуванням дозволяє 
за один оборот переробити 2...2,5 т сировини та отримати близько 40 кг 
ефірної олії. 
Завантаження та вивантаження ялицевої лапки можна вести і за 
допомогою кошика, із дротяної сітки, що може скоротити втрати часу 
завантаження чана в 4...5 раз.  
Ще більш високий рівень автоматизації виробництва досягається на 
промислових установках безперервної дії, а також на малогабаритній 
 23 
 
пересувній установці безперервної дії, розробленої з урахуванням 
специфічних особливостей ялицевої лапки (рисунок 1.5). 
 
 
 1 – подрібнювач; 2 – завантажувальний гвинт; 3 – вертикальна колона; 
4 – вертикальний шнек; 5 – перевалочна секція; 6 – лопатка; 7 – 
розвантажувальна колона; 8 – вивантажувальний гвинт; 9 – кільцева насадка; 
10,11 – кільцевий барбатер; 12 – пристрій для відбору конденсату; 13 – 
конденсатор-холодильник; 14 – флорентину; 15 – ротамстр;16 – збірник; 17 – 
центробіжний насос; 18 – напірний бак; 19 – теплообмінник, 20 – 
ректифікаційна колона. 
Рисунок 1.5 – Технолохічна схема установки. 
Для забезпечення нормальної роботи установки потрібно попереднє 
подрібнення деревної зелені, яке здійснюється на гвинтовому подрібнювачі 
(1). Подрібнення сировини дозволяє скоротити час відгону ефірної олії, а 
також збільшити відсоток її вилучення. Гвинтовий подрібнювач виконаний 
на кшталт м'ясорубки з деякими конструктивними змінами робочих органів 
 24 
 
та приводу продуктивність сировини 250...300 кг/год, середній розмір 
частинок 7 мм. 
Деревина вручну подається в завантажувальний люк подрібнювача (1). 
Подрібнена сировина надходить у бункер. Завантажувальний гвинт (2) 
спрямовує сировину в нижню частину вертикальної колони (3). Перфоровані 
витки вертикального гвинта (4) піднімають деревну зелень вгору колоною до 
перевалочної секції (5), звідки сировина скидається лопаткою (6) у другу 
вивантажувальну колону (7). З цієї колони відпрацьована сировина 
вивантажується спеціальним гвинтом (8) через кільцеву насадку (9). 
Подрібнена деревна зелень під час знаходження в апараті інтенсивно 
обробляється гострим паром, що вводиться через кільцевий барботер (10) 
вертикальної колони і кільцевий барботер (11) вивантажувальної колони. У 
нижній частині колони передбачений механізм для відбору конденсату, що 
утворюється під час роботи в холодну пору року та при переробці сировини з 
великої початковою вологістю (12). 
У першій колоні пара проходить прямотоком, у другій – протоком до  
руху сировини. Пар насичується ефірною олією і надходить у кондесатор-
холодильник (13) Дистилят з температурою 25...30°C подається для поділу у 
флорентину (14), з якої ефірна олія відбирають, а дистилят перетікає через 
ротаметр (15) до збірки (16). З збірника за допомогою центробіного насоса 
(17) дистилят, що містить емульговану воду, перекачується в напірний бак 
(18), звідки через теплообмінник (19) прямує у верхню частину 
ректифікаційної колони (20), заповненої кільцями Рашига. У нижній частині 
колони знаходиться куб-випарник забезпечений змійовиком для нагріву 
дистиляти глухою парою. Дистилят поступово стікає по насадці вниз колони 
назустріч парі, що утворюється в кубі-випарнику. При цьому відбувається 
збагачення парового потоку ефірною олією. Вода, що виходить з куба-
випарника, містить тільки сліди ефірних олій. 
 25 
 
Пар, збагачений ефірними оліями, надходить у теплообмінник (19), в 
якому конденсується та охолоджується до температури 25...40 °C за рахунок 
відібраного від пари тепла йде нагрівання дистиляту, що поступає в колону 
(20). Конденсат з теплообмінника надходить знову в флорентину (14). 
Пропарена технічна деревна зелень вивантажується на спеціальний 
транспортер для видалення вологи, що міститься в ній, а потім надходить на 
сушіння для приготування вітамінного борошна. Вилучення водорозчинних 
речовин здійснюється в першій колоні конденсатом, що утворюється на 
поверхні подрібнених частинок, а в другій дистилятом, що надходить із 
флорентини. 
Після фільтрації водна витяжка упарюється до 50% концентрації сухих 
речовин та водний екстракт надходить на розлив. 
При переробці технічної зелені ялиці технологічна установка дозволяє 
отримати за зміну 20...28 кг ефірної олії, 500...600 кг вітамінного борошна і 
150...200 кг водного екстракту 50% концентрації. 
За тією ж технологією, що ялицеву, можна переробляти соснову і 
ялинові лапки. Соснова олія використовується в медицині та парфумерії, 
ялинове в косметиці та миловаріння. Вихід соснової олії не перевищує 5 кг/т 
свіжої деревної зелені, ялинової 2,5 кг/т, тоді як ялицевої 15...29 кг/т 
сировини. 
 
 
1.3.4 Виробництво хвойних водних екстрактів, хвойної хлорофілу 
каротинової пасти, воску та ефірних олій 
 
 
Хвойний водний екстракт 
Хвойні концентрати одержують зі свіжої хвої, обробляючи її пором та 
гарячою водою. У цьому випадку одночасно з хвойним екстрактом виходить 
 26 
 
ефірна олія, що відганяється з парою. Після упарювання екстракту олію 
приєднують до неї та отримують товарний хвойний екстракт. Екстракт 
хвойний натуральний є коричнево-чорною рідиною вологістю 50% з вмістом 
ефірних олій не менше 0,5% та зольністю не більше 5%. 
З 1 т хвойної лашки 50% вологості виходить до 170 кг екстракту 50% 
концентрації або 72 трикілограмові упаковки соляно-хвойних брикетів. Для 
виготовлення цієї кількості соляно-хвойної екстракту витрачається також 150 
кг кухонної солі. 
Хвойна хлорофіло-каротинова паста 
Слід зазначити, що на відміну від попередніх способів переробки 
деревної зелені розглянута технологія використовує як екстрагент органічний 
розчинник (бензин, нефрас) і тому установка повинна бути змонтована у 
вибухобезпечному виконанні та забезпечена пором (P = 0,6 МПа, t =164 ° С). 
Витрата пари не менше 1,2 т/год при переробці 1 т деревини в добу. 
Паста виходить із суми речовин, які видобуваються бензином з 
деревної зелені сосни та ялини. Від бензинового екстракту після відділення 
воскоподібних сполук відганяють розчинник та ефірні олії, потім залишок 
омилюють 30-40% водним розчином їдкого натру. Продукт має вигляд маси 
темно-зеленого або оливкового кольору мазеподібної концентрації за 
кімнатної температури. 
Стандартні показники якості пасти: рН 20% водного розчину 8,0...9,0, 
вологість не більше 40%, вміст похідних хлорофілу не менше 0,4%, вміст 
каротину не менше 0,015%, частка воскоподібних речовин не більше 8,0%, 
частка нерозчинних у воді летких речовин понад 3,0% сухого продукту. У 
пасті містяться похідні зелених пінгментів, вітаміни E F і К, провітаміни А та 
D, мікроелементи, бактерицидні сполуки. 
Хвойний віск 
Воскоподібні речовини випадають з бензинового екстракту при його 
охолодженні, відокремлюються при відстоюванні та фільтрації. Від зібраного 
 27 
 
таким чином воску-сирцю в перегінному кубі відганяється бензин і вода, 
потім розплавлений віск фільтрується через металеву сітку з діаметром 
отворів 1...1,5 мм і розливається у металеві форми, де охолоджується.  
На вигляд це темно-зелений вароподібний матеріал з характерним 
хвойним запахом. Він містить близько 80% ефірів жирних кислот і вищих 
аліфатичних спиртів, а також вільні жирні, смоляні кислоти, неомильні 
речовини, у тому числі стерини, а також похідні хлорофілу, що надають 
продукт зелений колір. Температура плавлення хвойного воску 70...76°С. Він 
добре зарекомендував себе як біологічно активна основа в кремах та інших 
вироби декоративної косметики. 
Ефірна олія-сирець 
Ефірною олією-сирцем при переробці деревної зелені використанням 
вуглеводневих розчинників (бензин, нефрас) називають частину від 
бензинового екстракту, що відганяється від суми екстрактивних речовин з 
водяною парою. Після відгону з екстракту основної частини бензину 
нагріванням через стінку, у нього для видалення залишків розчинника 
подається гостра пара. Відганяється парогазова суміш охолоджується в 
конденсаторі-холодильнику та потрапляє у флорентину, де розшаровується і 
відокремлюється від води. 
Верхній шар – ефірна олія-сирець включає в себе крім терпенів 
важкокиплячі компоненти бензину, і тому піддається додатковму очищенню. 
Його розганяють на колоні ректифікації. При цьому до нижньої частини 
установки разом з олією-сирцем подається гостра пара, а з її верхньої 
частини відбираються чотири фракції - бензин, легкі, середні та важкі ефірні 
олії. Бензин та легка ефірна олія, яка також містить велику кількість 
вуглеводнів нафти, повертаються в обіг. 
 
 
 
 28 
 
 
1.3.5 Кормове борошно 
 
 
Деревна зелень після екстракції може бути використана для 
приготування компостів, а також після додаткового сушіння до залишкової 
вологості 8...12% як кормове борошно. Цей продукт містить лігно-
целюлозний комплекс, білки, вуглеводи, жири та мінеральні речовини, 
знаходить застосування у виробництві комбікормів та для безпосереднього 
введення до раціону сільськогосподарських тварин та птиці. 
Великі перспективи має організація з відпрацьованою деревної зелені 
виробництва нафто поглинаючих сорбентів, якість яких не поступається 
західним аналогам. 
 
 
1.3.6. Виробництво хлорофіліну натрію, про вітамінного концентрату, 
бальзамічної пасти 
 
 
Хлорофілін натрію випускається у формі пасти вологістю 60% та 
порошку вологістю 10%. Він містить омилені похідні хлорофілу, натрієві 
солі смоляних та жирних кислот, неомилені та мінеральні речовини. Для 
отримання хлорофілі ну натрію бензиновий екстракт деревної зелені після 
відділення воску обробляють 30...40% розчином їдкого натру при 
температурі 65...75°С. В отриману систему додають воду і відстоюють 
протягом 3 годин до повного поділу бензинового та водно-лужного шарів. 
У водно-лужний шар переходять утворені натрієві солі смоляних та 
жирних кислот, а також водорозчинні похідні хлорофілу. Бензиновий розчин, 
який містить нейтральні речовини – каротиноїди, що надають розчину 
 29 
 
яскраво-оранжевий колір, вуглеводи, спирти, альдегіди, оксиди та інші 
сполуки, що відокремлюють від водно-лужного шару і після промивання 
водою переводять у перегінний куб, де від нього відганяють бензин та ефірну 
олію-сирець. 
Отриманий продукт має мазеподібну консистенцію використовується в 
парфумерно-косметичних виробах, кремах для зміцнення нігтів, а також в 
якості вітамінного підживлення для сільськогосподарських тварин. 
Водно-лужний розчин підкислюється 15% сірчаною кислотою, після 
чого основна маса органічних речовин знову втрачає здатність розчинятися у 
воді. Отриману суміш обробляють бензином при температурі 65...75°С і 
витягають суміш, розчинених в ньому, жирних та смоляних кислот. 
Нерозчинний ні у воді, ні в бензині залишок після промивки та сушіння 
відокремлюється, сушиться та обробляється розчином соди або їдкого натру 
до слаболужної реакції середовища. Одержуваний при цьому продукт 
хлорофілін натрію використовується як біоактивна добавки у профілактичній 
медицині та косметиці, гігієнічні солі для ванн, креми, шампуні тощо. 
Вилучені бензином жирні та смоляні кислоти відокремлюються від 
розчинника та нейтралізуються 30...40% розчином їдкого натру. Отриманий 
водорозчинний продукт - бальзамічна паста – використовується в косметиці 
як біоактивний емульгатор, миючих складах та засобах радіаційної гігієни. 
Поряд з бальзамічної пастою із суми органічних кислот сосни може бути 
отримано репелент проти гризунів шкідників плодових та лісових дерев. 
Препарат нетоксичний екологічно чистий, зберігається ефективна 
відлякувальна дія протягом усього осінньо-зимового періоду, оскільки не 
змивається снігом та дощем. 
З кислотної фракції ялини без додавання будь-яких отрутохімікатів 
виготовляється інсектициди призначені для захисту плодових дерев, 
чагарників та овочевих рослин від комах шкідників та хвороб. Інсектицид 
показав високу активність проти яблуневої та сливової плодожерки, різних 
 30 
 
видів попелиці, кліщів, личинок та дорослих особин колорадського жука. 
Надає позитивний ефект для попередження та лікування захворювань рослин 
сірою гниллю, борошнистою росою та фітофторозом. Нешкідливий для 
теплокровних тварин та людини. 
 
 
1.4 Можливості отримання продуктів з листя 
 
 
Хімічний склад сполук, що виділяються з листя, відрізняється від 
речовин, виділених із хвої. Різне і співвідношення окремих груп 
екстрактивних речовин. 
Важлива відмінністьу тому, що збирання листя може бути ефективним 
лише у дуже короткий часовий відрізок (липень – серпень). У ранній період 
зростання листя у ній ще накопичені цінні речовини, а пізніше починається 
в'янення. Неможливість організувати круглорічне, виробництво одна з 
головних причин, з якої листя меншою мірою, ніж хвоя використовується у 
виробництві біологічно активних продуктів 
Водночас у листі менше жиророзчинних речовин, що забруднюють 
препарат при виділенні, наприклад, похідного хлорофілу –феофнтіна. Тому 
медичний препарат – феофітінат міді, що використовується при онкологічних 
операціях, простіше готувати з листя. Провітамінний концентрат із листя 
вільхи більш ніж утричі багатший каротиноїдами, ніж отриманий з хвої. 
З листя вільхи виділено поліпреноли близькі за складом аналогічні 
речовини, виявлені в органах людини. Відомо, що багато тварин, не тільки 
домашні, а й дикі, охоче поїдають заготовлені з літа і висушені віники та 
силос листяної деревної зелені. Це непряме свідчення перспективність 
глибокої переробки листя.  
 31 
 
У Португалії та Бразилії виробляють ефірні олії з листя евкаліпта. Ці 
олії вносять помітний внесок у загальні прибутки країн від експорту. У 
багатьох країнах вони використовуються у фармакопеї, косметиці та 
парфумерії. У США розвинуто виробництво ефірних олій із деревної зелені 
кипарису та кедра. Широко використовується листя дерев у народній 
медицині. Відвари та настої з листя та бруньок берези, вільхи, омели 
включені в рецепти гомеопатів. 
 
 
1.5 Переробка кори 
 
 
Склад кори в деревині залежить від породи, умов проростання, віку. 
Частка кори від маси абсолютно сухої деревини становить берези 12...15%, у 
сосни 13...18%, у ялини 12...16%. 
Кора складається з двох частин – кірки і лубу. Кожна з них має 
специфічну структуру, біологічну роль та хімічний склад. Співвідношення 
цих частин теж різне у різних порід, до того ж дуже великі відмінності 
практично за всіма показниками виявляються у дерев однієї породи, але які 
ростуть у різних місцях. 
У середньому частка кірки від 20 до 45% від кори. У кірці багато 
лігніну та мало целюлози, в лубі і того, і іншого небагато, але більше 
геміцелюлоз та екстрактивних речовин. 
Різні частини кори різних деревних рослин характеризуються 
специфічним хімічним складом та механічними властивостями. 
Використання найбільш цінних з них покладено в основу утилізації цієї 
частини деревини. Так, наприклад, кірка берези (береста) за масою становить 
малу частину кори, але при її піролізі виходять рідкі продукти, що не 
утворюються не ні з інших видів кірки, ні з інших частин берези,. Суміш цих 
 32 
 
речовин називається дьогтем, користується гарним попитом і має багато 
корисних властивостей. Вугілля з кірки берези, так само як із кірки осики 
виходить вкрай мало, він неміцний і легко розсипається на пил. Корка та луб 
осики містять багато жирових речовин. Особливо багато їх накопичується до 
зими. 
При підготовці деревини до деревообробки та багатьох інших 
технологіях стовбурова частина попередньо піддається окорку. При цьому 
кора накопичується в мільйони кубометрів, і вони займають площу, 
обчислювану десятками гектарів. Зрозуміло, що ці території повністю 
виводяться із господарського користування. Гниюча кора стає живильним 
середовищем для носіїв захворювань рослин, комах. Стоки, що утворюються 
при випаданні дощів та таненні снігів, отруюють прилеглі водоймища. За 
рахунок самоокислення відбуваються загоряння, викликають пожежі та 
забруднюють повітряний басейн. 
Часто кору намагаються спалити у котельні. Якщо окорка ведеться 
мокрим способом або окорці піддається сплавна деревина, вологість кори 
буває настільки велика, що тепла, що виділяється при горінні, може не 
вистачить на сушіння. До того ж відокремлена кора має форму довгих 
батогів, що звиваються під час руху паливних лотків та утворюючих стійкі 
склепіння. Таку кору доцільно спочатку підсушувати димовими газами 
котельні. 
Цей підхід полягає в попередній рубці кори на невеликі більше сипучі 
відрізки. Операція енергоємна та обладнання для неї громіздке Відомий 
спосіб видалення вологи з кори шляхом віджиму. Застосовуються вальцеві та 
шнекові преси. Однак віджимання глибше кінцевої вологості 55% складний. 
Потрібний більший  тиск та пов'язані з цим витрати перестають 
виправдовувати зменшення вологості цієї сировини. До того ж виникає 
проблема ліквідації стічних вод, що утворюються. Ці води містять речовини, 
що отруюють ґрунт та водойми. 
 33 
 
Хоча спалювання кори - один із поширених способів її утилізації, це не 
найефективніший шлях. Більш рентабельно отримувати з неї будівельні та 
конструктивні матеріали, компости. 
Кора деяких видів дерев може використовуватись для виробництва 
дубителів. 
 
 
1.5.1 Одержання екстрактивних речовин 
 
 
Кора та деревина дуба, кора верби, слі, ялиці, модрини містять 
речовини, що здавна використовуються для дублення шкір. Їх називають 
таннідами. Ці речовини витягуються з кори гарячою водою. У ялини та ялиці 
вміст танідів складає 8...11%, причому більша частина танідів зосереджена в 
лубі, у модрини 10...17% танідів, що знаходяться у кірці. У вербі –10...12% 
танідів, у дубі – 9...10%. У корі деревини, що була в сплаві або що піддалася 
мокрій окорці, вміст таніди зменшується наполовину і більше. Крім танідів у 
гарячій воді розчиняються і деякі інші речовини, що не володіють 
дубильними властивостями (кислоти, цукру, барвники, мінеральні солі та 
ін.). Екстракти, що виходять з кори, характеризуються їх доброякісністю, 
визначається як частка танідів у сумі речовин, що екстрагуються. Найбільшу 
доброякісність (до 70%) мають екстракти з кори модрини та кірки дуба. 
Процес одержання дубителів здійснюється так: кора, заготовлена із 
свіжозрубаних дерев, підсушується під навісом, потім подрібнюється. Якщо 
початкова вологість була високою, подрібнену кору сушать у сушарці при 
температурі не вище 300 ºС. Подрібнена кора завантажується в екстракційні 
апарати – дифузори, обробляється гарячою водою. Для підвищення 
концентрації екстрактивних речовин у воді та зниження обсягу стоків, 
процес може бути організований за принципом багаторазового закипання. В 
 34 
 
цьому випадку розчин стікає в куб, що має паровий змійовик. Пари води 
піднімаються основною трубою і потрапляють у конденсатор, звідки гаряча 
вода стікає у дифузор, екстрагує водорозчинні речовини і знову стікає у куб. 
Коли концентрація розчину, що стікає з дифузора, різко падає, процес 
припиняють і кору, називається у цій стадії одубиною, витягують із 
дифузора. 
Розчин із куба прийнято називати дифузійним соком. Цей розчин 
направляють на упарювання. Густий в'язкий продукт, що виходить після 
упарювання, називають рідким екстрактом. Іноді його досушують до 
твердого стану та розмелюють. Виходить порошкоподібний екстракт. У 
такому вигляді дубитель поставляють споживачам. 
Інтерес, з точки зору отримання біологічно активних концентратів, 
представляє кора осики, з якої за технологією, подібною до отримання 
хлорофілокаротинової пасти, виділяють вітамінний препарат – осиновий 
жир. Він є продуктом зеленувато-жовтого кольору з приємним специфічним 
запахом і добре розчиняється в рідких маслах та органічні розчинники. 
Препарат містить каротиноїди, вітамін Е, фітостерин, ненасичені жирні 
кислоти, використовується як складова парфумерно-косметичних засобів або 
добавка до раціонів сільськогосподарських тварин. 
 
 
1.5.2 Добрива з кори 
 
 
Виготовлення добрив засноване на здатності органічної речовини кори 
розкладатися під впливом вологи, кисню повітря і мікроорганізмів. Кору 
компостують у бурти на літній сезон, і періодично перелопачують. Іноді 
корокомпост змішують з гноєм, пташиним послідом або мінеральними 
добривами. Дослідники стверджують, що корокомпости підвищують 
 35 
 
врожайність сільськогосподарських культур, що знижують вміст нітратів у 
продуктах, підлужують кислі продукти, пригнічують розвиток бур'янів та 
знижують захворювання рослин кореневою гниллю. 
 
1.5.3 Продукти термолізу кори 
 
 
При термолізі кори виходять вугілля, смоли, кислоти, спирти та інші 
низькомолекулярні органічні речовини, гази. Вугілля, що отримується при 
піроліз кори, - дрібне і неміцн. Тому якщо дійснюється піроліз цієї сировини, 
доцільно або формувати з вугілля брикети, або виготовляти брикети з кори, а 
потім піролізувати їх. З кори можна також отримувати активоване вугілля. У 
ряді випадків воно використовується в формі порошку, а підвищена 
пористість вугілля з кори лише покращує його властивості. 
Розроблено ряд будівельних конструктивних матеріалів з 
використанням кори. Це арболіт, короліт, коробетон, корові плити, 
коропласти. 
Арболіт 
Цей матеріал може бути виготовлений з одубини після вилучення 
екстрактивних речовин. При цьому одубину не потрібно сушити, що спрощує 
процес. 
Одубину поміщають у бетонозмішувач, додають воду, цемент (M 400), 
хлористий кальцій у співвідношенні на 100 кг оджубини 200 кг води, 4 кг 
хлористого кальцію та від 140 до 200 кг цементу в залежності від бажаної 
міцності арболіту. Суміш укладають у форми, ущільнюють трамбуванням 
або вібрацією і витримують у формах, що обігріваються (40ºС) 1 добу з 
наступним витримуванням 1...2 діб за 20ºС або 5 діб за 15°С. 
 36 
 
Щільність арболіту в залежності від кількості цементу коливається в 
межах 500...800 кг/м³. Арболіт використовується в якості теплоізоляційних 
перегородок, а при щільності вище 700 кг/м – як конструкційний матеріал. 
Короліт 
За складом та способом виготовлення короліт схожий на арболіт, але 
замість одубини використовується суха дрібно подрібнена кора. Короліт 
готують з гіпсом або портландцементом і застосовують у формованих 
будівельних виробах для виготовлення внутрішніх стін, підлог та як 
утеплювач. 
Коробетон 
Кора вводиться як заповнювач у бетон. Одночасно вводиться 5% 
розчин хлористого кальцію і 4% рідке скло. Присутність рідкого скла 
дозволяє блокувати негативний вплив екстрактивних речовин кори на 
міцність бетону. Несучі стіни житлового будинки з коробетону мають 
підвищену теплоізолюючу здатність і дешевші, ніж із чистого бетону. 
Корові плити та коропласти 
Виробництво корових плит та коропласту ведеться за тією ж 
технологією, що і деревностружкових і деревноволокнистих плит із 
сполучником та під тиском Отримані плити можуть використовуватися для 
будівництва перегородок, підшивки стель та інших видів внутрішнього 
оздоблення приміщень. 
Паливні брикети 
За кордоном широко поширене виготовлення брикетів та гранул з кори 
та деревних відходів. Кору зазвичай подрібнюють на молотковій дробарці 
або роторній корорубці, потім сушать у барабанних або пневматичні 
сушарки. Суху масу (до 15% вологості) пресують у матричних, шнекових чи 
вальцьових пресах. Цей процес стає рентабельним за умови, що держава 
жорстко контролює екологічність виробництва та штрафує за вивоз відходів. 
 
 37 
 
 
 
 
 
 
1.6 Технології та конструктивні рішення термічної переробка деревних 
відходів 
 
 
Під термолізом деревини розуміють процес її розпаду під дією високої 
температури без доступу кисню. У науковій літературі поряд із терміном 
«термоліз деревини» використовуються поняття, "суха перегонка", "термічне 
розкладання деревини". Термічний вплив з обмеженим доступом кисню 
називають газифікацією, з необмеженим (що перевищує стехіометричне 
співвідношення) горінням. Межа між цими процесами досить розмита. 
При термічному розпаді деревини утворюються деревне вугілля, рідкі 
та газоподібні продукти. Рідкі продукти виходять із гарячої зони частково в 
краплинній фазі, частково в парах, утворюючи разом газами, що не 
конденсуються парогазову суміш. Цей процес не може бути описаний 
однозначно. Відомо, що на результати впливає швидкість нагрівання, 
тривалість перебування сировини при тій чи іншій температурі, кінцева 
температура нагріву, а також початкова вологість, розміри частинок 
деревини, швидкість циркуляції газового потоку через шар деревини та інші 
фактори. Одночасно з первинним розпадом деревини протікають 
різноманітні вторинні реакції. Деякі з них призводять до додаткового 
розщеплення продуктів розпаду, інші полімеризації первинних продуктів. 
Склад підсумкових продуктів багато в чому залежить від часу перебування, 
що утворилася при первинному розпаді парогазової суміші у гарячій зоні. 
Якщо розглядати загальні тенденції терморозпаду, то можна стверджувати, 
 38 
 
що чим триваліший процес і чим вище температура, тим більше утворюється 
термічно стійких продуктів. 
Це ароматичні сполуки, вуглекислий газ, окис вуглецю, метан. 
Молекулярна маса однієї частини речовин знижується за рахунок розриву 
зв'язків, інших – зростає за рахунок полімеризації. 
Таблиця 1.2 – Вихід продуктів терморозпаду 
Продекти терморозпаду 
в % маси до абс.маси сухої деревини 
Сировина 
Легколетучі Вода 
Вугілля Смоли Гази 
компоненкти розпаду 
деревина 37,9 15,3 6,3 18,2 22,3 
Ялина 
кора 42,5 18,4 19, 19,8 17,4 
деревина 38,0 16,7 6,2 17,7 21,4 
Сосна 
кора 40,5 18,2 5,7 19,7 15,9 
деревина 33,6 14,3 12,3 17,0 22,8 
Береза 
кора 37,9 24,0 4,7 18,6 14,8 
Осика деревина 33,0 16,0 7,3 20,4 23,3 
Режим піролізу визначальним чином впливає на вихід та склад 
продуктів, але за інших рівних умов вихід залежить від породи деревини, що 
переробляється, і частини дерева, застосованої для піролізу. У таблиці 1.2 
наведено вихід продуктів терморозпаду з деревини та кори основних порід, 
що у нас ростуть. Наведені дані слід розглядати, як усереднені, так як вихід 
залежить також від умов зростання, віку дерев, навіть від частини стовбура, 
яку піддали термолізу. 
Тривале зберігання сировини просто неба може вплинути на вихід і 
склад продуктів з цілого ряду причин (гниття, життєдіяльність комах, 
вилуговування, окиснення). При швидкісному піролізі вихід вугілля на 
30...50% менше, ніж при більшому часі перебування в гарячій зоні. 
Окислювальний піроліз (у присутності дозованої кількості кисню) також 
знижує вихід вугілля, але покращує його якість як сировини для виробництва 
активованого вугілля та деяких інших застосувань. 
 39 
 
У промисловому виробництві вихід вугілля часто буває помітно 
меншим, ніж наведений вище. Найпоширеніші причини – це потрапляння 
кисню повітря в апарат, внаслідок чого відбувається вигоряння частини 
вугілля, а також особливості режиму та втрати при перевантаженнях, 
виключення з балансу відсіяного та спаленого на своєму виробництві 
вугільного пилу. 
У часі процес проходить чотири стадії: 
1. Сушіння. Температура пе вище 150 ºС. Процес ендотермічний. 
2. Розпад геміцелюлоз, відщеплення частини хімічно зв'язаної води, 
утворення СО, СО2, метану, оцтової кислоти, метанолу. Температура 
150...275ºС. Процес ендотермічний. 
3. Розпад целюлози та лігніну. Побічні реакції полімеризації. 
Утворення основних кількостей смоли. Температура 275..450 ºС. Процес 
екзотермічний. Особливо складний для управління та контролю. 
4. Прожарювання вугілля. Видалення з вуглецевого скелета залишків 
летких утримуваних адсорбційно. Формування вуглецевих кристалоїдних 
структур. Відщеплення функціональних груп, що утримувались вуглецем. 
Паралельно ідуть ендотермічні і екзотермічні реакції. Сумарний баланс 
ендотермічний 
Вугілля, прожарене до 500ºС, не є чистим вуглецем. Якщо 
прокалювання продовжувати, то і при 600ºС виділятимуться вуглеводи 
(метан, етан, етилен та ін), а при 700 ... 950 º С, в основному, водень. 
Змінюється і структура вугілля від нього відщеплюються 
функціональні групи, що містять кисень та водень, змінюються зв'язки між 
атомами вуглецю. 
Однак якісним вважається для більшості напрямків споживання 
вугілля, прокалювання якого завершено при 450...550°C. Залежність вмісту 
вуглецю у вугіллі від температури прожарювання наведено у таблиці 1.3  
 40 
 
Наведені дані слід як орієнтовні, тому що вихід вугілля та розподіл 
елементів у продуктах залежать не тільки від температури процесу, а також 
від швидкості підведення тепла, розмірів шматка та інших факторів. 
При дуже високих тисках та температурах відбувається поступове 
перетворення вуглецю в кристалічну структуру. 
 
 
 
Таблиця 1.3 – Залежність складу вугілля від температури 
Температура, Склад вугілля, % 
°С Вугливоди Водень Кисень Попіл 
350 73,3 5,0 19,7 2,0 
400 77,3 4,7 15,9 2,1 
450 81,6 4,3 11,7 2,4 
500 85,9 4,0 7,4 2,7 
550 88,1 3,6 5,4 2,9 
600 90,3 3,3 3,4 3,0 
650 91,4 3,0 2,5 3,1 
700 92,3 2,8 1,7 3,2 
750 92,7 2,5 1,6 3,2 
800 93,4 1,8 1,5 3,3 
850 93,9 1,6 1,2 3,3 
900 94,4 1,2 1,0 3,4 
У процесі піролізу виділяються окис і двоокис вуглецю, газоподібні 
вуглеводи (насичені та ненасичені), водень, вода (не тільки волога деревини, 
але і продукт хімічного розпаду її компонентів), кислоти: мурашина, оцтова і, 
у невеликій кількості, вищі кислоти того ж ряду, метанол, кетони, ефіри. 
Всі ці речовини видаляються у формі парогазової суміші. У ній у 
краплинній фазі, у формі туману знаходяться і смолисті речовини. Ці останні 
за ознакою розчинності у водному конденсаті з парогазової суміші (жижці) 
діляться на розчинну та відстійну смоли. Розчинна, восновному, складається 
з осколків целюлози та геміцелюлоз вуглеводного і вуглеводневого 
характеру, але містить і найпростіші феноли, розчинні у жижці, кислоти. 
 41 
 
Відстійна смола виходить, головним чином, за рахунок розпаду лігніну та 
містить речовини фенольного характеру, нейтральні з'єднання різної 
структури, кислоти. У складному розчині – жижці розчиняється частина 
речовин відстійної смоли, і навпаки 
Темпи виділення різних компонентів є різними. Це пояснюється 
хімізмом їхнього утворення. Першими виділяються ті речовини, які 
утворюються за рахунок відщеплення бічних ланцюгів полімерів деревини та 
розпаду термічно неміцних її компонентів (камеді, геміцелюлози та і т.д.). В 
останню чергу руйнується лігнін. Розпад має характер ланцюга перетворень. 
По ходу процесу зростає ущільнення твердого залишку та частка у ньому 
вуглецю. Максимальний вміст вуглецю у вугіллі близько 95%. 
Процес значно залежить від початкової вологості деревини. Ця 
величина коливається у дуже широких межах: від 75% для щойно 
доставленої сплавом, до 15 % у повітряно-сухій деревині. Сировину піролізу 
обов'язково попередньо сушать тим чи іншим способом, найкращі результати 
досягаються при природному сушінні. 
Зазвичай при піролізі тепло підводиться з периферії до шматка 
(вивчався піроліз у струмі високої частоти, коли тепло підводиться до центру 
шматка, але, хоча результати дуже цікаві, процес залишився 
експериментальним та промислового рішення не отримав). Коли прогрів 
починається з верхнього шару, то процес протікає як зонний, з поступовим 
відступом фронту вглиб шматка. Спочатку на поверхні йде сушіння. Чим 
вологіша деревина, тим більше тепла потрібно для завершення цього процесу 
і тим більше він протікає в часі. 
Оскільки кількість тепла, що підводиться, залежить від різниці 
температур, а випаровування вологи вимагає багато енергії, температуру 
теплоносія доводиться підвищувати. Але при надто інтенсивній сушці пари 
рвуть деревину і вугілля потім виходить неякісне – неміцне, з тріщинами. 
 42 
 
Компроміс між цими двома протилежними вимогами змушує в відомих 
технологіях піролізу вибирати для сушіння температуру теплоносія не вище 
200...220 ºС. Поки деревина не висохла, її температура (при нормальному 
тиску) залишається на рівні 100ºС або трохи вище. Висушена деревина 
прогрівається і починає розкладатися. Розпад геміцелюлоз викликає 
побуріння деревини, не надто знижуючи її конструктивні властивості. 
Процес йде з поглинанням тепла, тому температура деревини залишається 
нижчою за температуру теплоносія. 
Деякі фірми постачають такі побурілі дрова в якості палива для камінів 
та грилів під назвою «червоне вугілля». 
Щоб розпочався процес розпаду целюлози, температура повинна 
досягати 270 ... 280 с. Після цього процес у сухій деревині йде автомодельно 
з виділенням тепла та наростанням температури. Але якщо такі шари містять 
вологу, то утворюються пари, що знижують температуру і в зовнішніх шарах. 
При температурі близько 300 С розпадається і лігнін. Процес термолізу 
ускладнюється тим, що продукти терморозпаду з глибинних шарів проходять 
через зовнішні, більш розпечені шари і піддаються додатковим 
перетворенням. 
Слід врахувати, що деревина має низьку теплопровідність і тепло 
поширюється у ній повільно. До досягнення екзотермічної стадії необхідне 
постійне джерело тепла для підтримки процесу. 
На рисунку 1.6 показано, як при підведення тепла через стінку йде 
підйом температури усередині апарату. 
 43 
 
 
1 – температура зовні реторти; 2 – температура всередині реторти; Ι – 
період нагріву; ΙΙ – період сушки; ΙΙΙ – 1-ша стадія піролізу; ΙV – стадія 
екзодерми; V – період прокалювання вугілля. 
Рисунок 1.6 – Зміна температури в процесі піролізу. 
Тут виразно простежуються стадії сушіння деревини, відщеплення 
хімічно зв’язаної вологи та метоксилів, бурхливого екзотермічного розпаду 
деревини та прокалювання вугілля з відщепленням, головним чином, 
газоподібних речовин. Вільне теплота екзотерміки становить 1000...1150 
кДж. Цього тепла достатньо, щоб за відсутності тепловтрат процес піролізу в 
повітряно-сухий деревині йшов без зовнішніх джерел тепла не затухаючи. 
Процес піролізу залежить від швидкості підведення тепла. 
При низькій швидкості ведення процесу від целюлози відщеплюються 
молекули води і утворюється антидроцелюлоза, потім від неї відщеплюються 
вуглекислота, водень, мурашина кислота та інші легколеткі продукти та 
утворюється вуглеводневий скелет – основа деревного вугілля. Енергія 
активації цього процесу 115...120 кДж/моль. Перша його стадія ендотермічна. 
При швидкому підведенні тепла йде процес деполімеризації целюлози 
та при певних швидкостях вона вся розпадається на вуглеводні уламки, що 
 44 
 
переходять у жижці у водний розчин. Енергія активації такого процесу 
130...140 кДж/моль. 
Енергія активації лігніну незалежно від темпу нагрівання становить 
близько 175 кДж/моль. При повільному нагріванні від лігніну 
відщеплюються метоксильні групи, утворюючи метанол, і залишок 
крекується. Присутність вуглецю, що утворився з целюлози, каталізує і 
крекінг лігніну до вуглецевого залишку і смол фенольного характеру, що 
видаляються в парогазовій суміші. 
При швидкому нагріванні, при температурі близько 200ºС лігнін 
плавиться і, якщо слідує швидке охолодження, змінює свій структурний та 
хімічний склад. 
Розглядаючи деревину в цілому, зауважимо, що темп її нагріву у 
звичайних ретортах із зовнішнім обігрівом визначається швидкістю 
променевипускання і теплопередачі від теплоносія через стінку за рахунок 
теплопровідності, а усередині реторти природною тепловою конвекцією від 
стінки до деревини. 
Сумарно визначальним є найповільніший з процесів теплопровідність 
через стінку реторти. При внутрішньому обігріві циркулюючим теплоносієм 
підведення тепла швидше, але теж визначається тепловіддачею від газового 
потоку до деревини та внутрішньої теплопровідністю у деревині. Хімічні 
реакції у всіх випадках мають вищу швидкість, ніж теплові процеси. Останні 
можна охарактеризувати величинами коефіцієнтів тепловіддачі 5...30 
Вт/(м²К) тобто, при помірних температурах темп підведення тепла в апаратах 
піролізу не буває високим, тому процеси і йдуть із переважним утворення 
вугілля. 
 
  
 45 
 
2 ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ МЕТОДІВ І МЕТОДИК 
ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ УТИЛІЗАЦІЇ МАКУЛАТУРИ ТА 
ДЕРЕВНИХ ВІДХОДІВ 
 
2.1 Об’єкт дослідження 
 
 
Об’єктом дослідження є активоване вугілля отримане шляхом 
карбонізації з деревних відходів із подальшим активуванням деревного 
карбонзату парогазовою сумішшю. Активоване вугілля широко 
використовується в багатьох галузях промисловості, особливо в хімічних 
технологічних процесах. Очищення відпрацьованих газів і стічних вод в 
основному базується на адсорбції вуглецевих сорбентів. Тільки активоване 
вугілля як один з основних адсорбентів може задовольнити постійно 
зростаючі вимоги людей до чистоти питної води. Крім того, активоване 
вугілля використовується як каталізатор або носій каталізатора в хімічних і 
технічних процесах. Активоване вугілля широко використовується в багатьох 
інших галузях промисловості. Його використовують у медицині для 
лікування шлунково-кишкових розладів, для очищення крові та для 
виробництва ліків. Активоване вугілля використовується для рафінування 
цукру, концентрування золота і срібла з ціанідних розчинів, виробництва 
пластмас, виготовлення автомобільних шин, сигаретних фільтрів, трубок 
тощо. Успішний розвиток адсорбційних технологій і адсорбентів значною 
мірою зумовлений безперервним поліпшенням якості цього продукту, що 
пояснюється вдосконаленням методів виробництва активованого вугілля. З 
розвитком промислового виробництва активованого вугілля використання 
цього продукту постійно зростає. Зараз у світі виробляється близько 900 000 
тонн активованого вугілля на рік. В Україні річне виробництво активованого 
вугілля обмежене кількома десятками тонн, тому у вітчизняній 
 46 
 
промисловості відчувається дефіцит вугільних адсорбентів. У зв’язку з цим 
розробка технологій виробництва активованого вугілля з української 
місцевої сировини є актуальним питанням на шляху розвитку хімічної 
промисловості. 
 
 
2.2 Методи дослідження  
 
 
Активоване вугілля отримують з різної вуглецевмісної сировини в 
некарбонізованому вигляді або у вигляді вугілля та коксу. Основний принцип 
активації полягає в тому, що вуглецеві матеріали піддаються селективній 
термічній обробці у відповідних умовах, в результаті чого утворюються 
численні пори, тріщини і тріщини, а також збільшується площа поверхні пор 
на одиницю маси. Технічно використовуються хімічні та парогазові методи 
активації. Хімічна активація в основному складається з некарбонізованих 
речовин (таких як деревна стружка) як сировини, змішаних з неорганічними 
активаторами та оброблених при високій температурі. До складу активаторів 
в основному входять водопоглинаючі речовини: хлористий цинк і фосфорна 
кислота. Як сировину для парової активації зазвичай використовують 
деревне вугілля, вугілля з кокосової шкаралупи. Важливим фактором, що 
визначає активаційну здатність цих речовин, є частка летких компонентів у 
їх складі. Якщо вона незначна, її важко або неможливо активувати. Реакційна 
здатність вихідних матеріалів значною мірою пов'язана з наявністю 
макропор. Для активування газами зазвичай використовують кисень 
(повітря), водяну пару і оксид карбону (IV). Активування повітрям має 
вибірковий характер, але існує ризик зовнішнього обпалу гранул. Тому 
віддають перевагу водяній парі і оксиду карбону (IV). З технічної точки зору 
для отримання досить високих швидкостей реакції при використанні цих 
 47 
 
газів потрібні температури 800-1000°С. Саме тому для здійснення процесу 
необхідне спеціальне обладнання: шахтні, обертові, багатополичні печі, 
реактори із киплячим шаром та інші апарати. Вибір необхідного обладнання 
залежить від ступеню подрібнення вихідної сировини а також від того, в 
якому вигляді потрібно отримати вугілля-порошкоподібне, зернисте або 
формоване. При активуванні вуглецевомісної сировини відбувається істотне 
зменшення маси твердої речовини. За оптимальних умовах цей процес 
еквівалентний збільшенню поруватості. Тому при першому аналізі можна 
простим ваговим методом оцінити збільшення активності вугілля. Для цього 
зручно визначити насипну густину активованого вугілля.  
Хімічне активування 
При хімічному активуванні використовуються в основному 
некарбонізована вихідна сировина, як наприклад тирса. Можна також 
використовувати шламові відходи освітлюючих процесів. Перетворення 
такої сировини в активоване вугілля відбувається за допомогою 
дегідратуючих агентів при високих температурах. При цьому оксиген і 
гідроген вибірково або повністю видаляються з вуглецевомісного матеріалу, 
при цьому відбувається одночасно карбонізація і активація (зазвичай при 
температурах нижче 650 °C). Особливістю карбонізованої сировини є 
понижений вмістом оксигену і гідрогену, тому вони активуються 
неорганічними хімічними агентами не так легко, як некарбонізовані. 
Деревині відходи є придатною для цього вуглецьвмісною сировиною, вони 
міститять близько 49% оксигену і приблизно 6% гідрогену в перерахунку на 
масу сухого беззольного продукту; буре вугілля містить відповідно 25% i 5%. 
У якості активуючих агентів в процесі зазвичай використовується фосфорна 
кислота, хлорид цинку і сульфід калію. Крім того, можна використовувати 
хімічні речовини, що мають дегідратуючу дію – роданід калію, сiрчану 
кислоту та інші хімічні сполуки, що не набули широкого поширення. 
Зазначимо речовини, що частково надають і каталітичної дії: металевий 
 48 
 
натрій, металевий калій, оксид натрію, гідроксид натрію, гідроксид калію, 
карбонат калію, оксид кальцію, гідроксид кальцію, амоніак, хлорид амонію, 
хлорид алюмінію, солі феруму, солі нікелю, сірка, хлор, хлороводень, 
бромоводень, нітратна кислота, нітрозні гази (іноді разом з оксидом 
сульфуру (IV)), оксид фосфору (V), оксид арсену (V), борати, борна кислота, 
перманганат калію, тощо. Активацію фосфорною кислотою здійснюють 
наступним чином: тонкоподрібнена сировина змішується з розчином 
фосфорної кислоти, суміш осушується і нагрівається у обертовій печі до 400-
600 °C. Також існують процеси, які проводяться за більш високих температур 
(до 1100 °С). Для отримання широкопоруватого вуглля, що використовується 
переважно для освітлення, потрібно набагато більша кількість фосфорної 
кислоти, ніж у виробництві вугілля для очищення газу або водопідготовки. 
При активації хлоридом цинку протягом 0,4- 5 год. Хлорид цинку y вигляді 
концентрованого розчину змішують з 1 ч. сировини і суміш підігрівають до 
600-700 °С. Використання хлориду цинку для активування останнім часом 
скоротилося у зв'язку з проблемами забруднення зовнішнього середовища. 
Для отримання медичного вугілля використовують сульфід калію і суміші 
гідроксиду калію і сірки. Активація здійснюється без доступу повітря в 
обертових печах при 800-900°C. Пiсля вилуговування сірчистих сполук 
калію, обробки розведеною соляною кислотою і відмивання від іонів хлору 
вугілля піддається термічній обробці при 500-600 °С з метою видалення 
сiрки, що значно збільшує виробничі витрати. Хімічно активоване вугілля 
часто містить відносно велику кількість золи. Відомі й інші недоліки вибору 
саме цього способу отримання активного вугілля: необхідність регенерації 
хімічних реагентів, це підвищує вартість процесу виробництва вугілля. 
Перевагою ж цього способу є порівняно короткий час активації вихідної 
сировини, великий вихід вуглецевого залишку, високі адсорбційні 
властивості активованого вугілля. В залежності від типу активуючого агента 
результати хімічного активування можуть відрізнятися. Саме тому 
 49 
 
активоване вугілля з тирси, що отримане додаванням карбонату калію при 
температурі 800 °С, характеризується високим числом за метиленовим 
блакитним і йодним числом, але має низьку освітлюючу здатністю. Вугілля, 
активоване хлоридом цинку, характеризується високою освітлюючою 
здатністю, але низьким числом за метиленовим блакитним і йодним числом. 
Якщо активацію вести спочатку хлоридом цинку, а потім додати карбонат 
калію можна отримати продукт з високою адсорбційною здатністю. Можлива 
також і інша комбінація хімічного активування, наприклад фосфорної 
кислотою, і активування парою і повітрям. При хімічному активуванні в 
основному отримують м'які та порошкоподібні продукти. Змішування 
вуглецевмісної сировини з вуглецевмісними в'яжучими матеріалами 
(наприклад, деревної тирси з сульфонатом лігніну) та активуючим агентом, і 
подальше формування дозволяють отримати міцне активне вугілля. Хімічне 
активування вугілля в обертовій печі протягом 3 годин із застосуванням у 
якості активуючих добавок фосфорної кислоти і хлориду цинку дозволяє 
добути формовані продукти, що не поступаються за міцністю вугіллю, яке 
активоване водяною парою. Активоване вугілля з дуже розвинутою питомою 
поверхнею за БЕТ отримують обробкою вугілля або коксу надлишком 
гідроксиду калію. Спершу вугілля піддають термообробці при температурі 
близько 480 °С, а потім активують при 700-800 °C. До хімічного активування 
можна також віднести процес, що заснований на декарбоксилюванні 
органічних кислот, таких як полікислоти. Для цього використовуються 
сполуки елементів головних підгруп I і ІI груп періодичної системи, зокрема, 
гідроксиди калію і натрію.  
Парогазове активування  
При обробці вуглецевмісних речовин окиснюючими газами за 
відповідних умовах частина вуглецю вигоряє і видаляеться з леткими 
компонентами, його внутрішня поверхня збільшується. У якості окиснюючих 
агентів використовують зазвичай водяну пару, оксид карбону (IV) і кисень 
 50 
 
(або повітря). При використанні кисню потрібно дотримуватися техніки 
безпеки, оскільки він реагує з вуглецем в 100 разів швидше діоксиду 
карбону. За результатами досліджень на графіті водяна пара має реакційну 
здатність, яка у 8 разів більша реакційну здатність оксиду карбону (IV). При 
взаємодії вуглецю з водяною парою або оксидом карбону (IV) одночасно 
перебігають такі реакції (2.1-2.3): 
C + H2O = CO + H2 ∆Н= +131,28 кДж                    (2.1) 
C + H2O = CO2 + 2H2 ∆Н= +90,11 кДж                   (2.2) 
C + CO2 = 2CO ∆Н= +172,45 кДж                      (2.3) 
Ці реакції ендотермічні, то необхідно підведення тепла. При цьому 
істотне значення має гарний теплообмін між реакційним газом і частинками 
вугілля. Ця вимога реалізується за рахунок постійного руху частинок вугілля 
в процесі активування в обертових печах або реакторах з киплячим шаром. 
При використанні водяної пари для забезпечення необхідної швидкості 
реакції необхідна температура близько 800 °С, а при використанні оксиду 
карбону (IV) - 900°C. Якщо тепло підводиться в основному активуючим 
газом, його температура повинна бути вищою за ці показники. Стабілізація 
теплового балансу досягається при безпосередньому спалюванні в печі 
реакційних газів активування, таких як водень і оксид вуглецю (IІ) (2.4), (2.5) 
:  
CO + 0,5O2 = CO2 ∆Н= -282,98 кДж                  (2.4) 
H2 + 0,5O2 = H2O ∆Н= -241,81 кДж                  (2.5) 
Зазначимо, що слід уникати надлишку кисню, для запобігання 
зовнішнього обпалу. Але при видаленні оксиду карбону та водню з газової 
атмосфери процес активування істотно прискорюється, тому що ці елементи 
сповільнюють швидкість реакції пари з вуглецем, блокуючи активні центри 
на поверхні вугілля. Необхідно зважати, що згоряння реакційних газів 
призводить до відновлення необхідних для активування реагентів - оксиду 
карбону (IV) та водяної пари. Комбінуючи активування водяною парою і 
 51 
 
киснем, можна добути активоване вугілля з високою знебарвлюючою 
здатністю. Як приклад такого процесу є короткочасна обробка вугілля 
водяною парою в присутності лугу при 800 °C i подальше активування 
повітрям при 500-600 °C. При хімічному активуванні деревного карбонізату 
майже не досягаються потрібні технічні характеристики адсорбентів, а ще 
витрачається велика кількість хімічних реактивів та сировини, це призводить 
до підвищення собівартості готової продукції. Окрім цього, вугілля, що 
отримується парогазовим активуванням, має високорозвинену поруватість та 
велику питому поверхню. Не можна знехтувати й тим фактом, що з 
екологічної точки зору, виробництво активованого вугілля парогазовою 
активацією є безпечнішим ніж отримане хімічним активуванням 
 
 
 
2.3 Методики проведення лабораторного контролю 
 
 
Характеристика продукції 
Порошкоподібне активоване освітлююче деревне вугілля 
використовується застосовується для очищення харчових, фармацевтичних 
та інших продуктів, для очищення різноманітних розчинів. Його 
застосовують для поглинання газів, парів, речовин, що зумовлюють небажане 
забарвлення, виділення йоду. За допомогою вуглецевих адсорбентів 
забирають небажані домішки із алкогольних напоїв, знебарвлюються цукрові 
сиропи. Розвиток сорбційних методів очищення газових викидів і стічних вод 
стимулюють розвиток напрямку добування дешевого активованого вугілля із 
деревних відходів. Технічні вимоги до продукції регламентуються згідно 
ГОСТ 4453-74. В залежності від призначення активоване вугілля 
виготовляють чотирьох марок: 
 52 
 
ОУ-А - освітлююче вугілля сухе лужне, призначене для очистки 
сиропів в цукровій промисловості, води і розчинів у виробництвах 
органічних кислот, масел і жирів; 
ОУ-Б - освітлююче вугілля вологе кисле, призначене для очистки 
медичних препаратів, розчинів в крохмало-патокових виробництв і на 
гідролізних заводах; 
ОУ-В - освітлююче вугілля сухе лужне, призначене для очистки і 
освітлення різноманітних розчинів в галузях харчової промисловості; 
ОУ-Г - освітлююче вугілля сухе лужне, призначене для очистки рідин 
від високомолекулярних смолистих домішок, а також домішок, які дають 
забарвленя в органічному синтезі.  
Фізико-хімічні показники активованого вугілля вказаних марок зведені 
в таблицю 2.1 
Таблиця 2.1 – Фізико-хімічні показники активованого вугілля різних 
марок 
Норма для марки 
Назва показника 
ОУ-А ОУ-Б ОУ-В ОУ-Г 
Тонкодисперсний порошок чорного кольору, що не 
Зовнішній вигляд 
містить сторонніх домішок 
Адсорбційна активність 
    
мг/г, не менше: 
за метиленовим синім або 
225 210 Не нормується 
метиленовим блакитним 
за метиленовим помаранчевим 210 205 Не нормується 
Адсорбційна активність за 
100 100 75 75 
меласою %, не менше 
Масова частка золи %, не більше 10 6 10 10 
Масова частка вологи %, не 
10 58 10 10 
більше 
Масова частка водорозчинної 
2 1 2 2 
золи %, не більше 
Не 
рH водної витяжки 4-6 Не нормується 
нормується 
Ступінь подріб-нення, залишок на 
5 - 5 5 
ситі 0, 1 %, не більше 
Масова частка сполук феруму в 
0,2 0,2 0,2 0,2 
перерахунку на Fe, %, не більше 
Вміст водорозчинних сполук Відсутні 
 53 
 
феруму 
Характеристика сировини 
В даній кваліфікаційній роботі магістра розробляється технологія 
отримання дрібно дисперсного активованого вугілля із відходів деревини 
шляхом її карбонізації (у подрібненому вигляді) і отриманням проміжної 
сировини – деревного вугілля (карбонізату) з його подальшим активуванням. 
Деревне вугілля, що використовується на даний час для отримання 
активованого вугілля, більше не отримують способом спалювання. На 
виробництві карбонізація деревини проводиться в сталевих ретортах або 
печах карбонізації. Деревна сировина для карбонізації що використовується 
поділяється на три групи. До першої групи відносять березу та твердо 
листові породи дерев (бук, ясен, граю, дуб, клен), до другої - м'яколистові 
породи (осика, вільха, липа, тополя), третя група це хвойні породи (сосна, 
ялина, кедр, смерека, модрина). В залежності від групи деревної сировини, 
що використовують в процесі карбонізації отримується різний вихід 
карбонізату та летких речовин при піролізі. Використання деревної кори та 
відходів деревообробних підприємств, що дозволяє знизити собівартість 
готової продукції і енергоємність виробництва, вирішити екологічні питання 
У лабораторних печах під час півгодинного активування водяною парою при 
870 °C добувають активоване вугілля з високою адсорбційною здатністю. 
Вихід вугілля-сирцю становить 30%, тоді як вихід активного вугілля 15% 
Контроль чистоти водяної пари 
Контроль чистоти водяної пари досягається очищенням природної 
води, рециркуляцією конденсату й оптимальним режимом продувок 
котлових осадів. Застосовуються заходи боротьби із краплинним віднесенням 
котлової води, що становить основне джерело забруднення пари солями Na, 
Ca i Mg y котлах з тиском не більше 6 МПа, У котлах високого тиску (більше 
10 МПа) основним джерелом забруднення є підвищена розчинність у парі 
механічних домішок, які затримуються в воді для живлення (частки глини, 
 54 
 
кремнезему й ін.), а також речовини утворені в результаті корозії матеріалів 
устаткування. Норми вмісту домішок вказані в таблиці 2.2 
 
Таблиця 2.2 – Оpієнтовні норми вмісту домішок у водяній парі 
високого й низького тиску 
Домішки Вміст домішок у парі, кг/кг 
низького тиску високого тиску 
(3-4 МПа) (10-11 МПа) 
Водорозчинні солі:    
усього 0,250 0,015-0,020 
солі натрію 0,050-0,100 0,007-0,010 
солі кальцію 0,020-0,005 - 
Сполуки (в перерахунку)   
феруму (на Fe) 0,110  0,010-0,020 
купруму (на Сu) 0,110  0,005-0,010 
силіцію (на Si) 0,025-0,050  0,008-0,015 
хлору (на СI- ) 0,100-0,200  0,010-0,026 
фосфору (на РО 3-
4 ) 0,100  0,010 
cipки (на SO 2-
4 ) 0,05-0,100 - 
Для того щоб запобігти потраплянню солей і оксиду силіцію (1V) на 
поверхню труб пароперегрівача та на поверхню теплообмінних апаратів, 
вміст домішок у парі високого тиску (10-11 МПа) повинен бути майже в 10 
разів нижче їхнього вмісту в парі низького тиску (2-4 МПа), що 
застосовуваний в схемах виробництва (таблиця 2.8). Якщо при проведенні 
процесів під низьким тиском (до 2 МПа) періодично спостерігається велике 
потрапляння солей на поверхню обладнання, то в процесах, що здійснюються 
з тиском більше 2 МПа, має місце гідротермальна корозія обладнання і 
винесення із них ряду компонентів, наприклад оксидів силіцію та феруму. 
Найбільшого впливу на поверхню обладнання завдають солі, які 
утримуються в парі низьких параметрів (до 5 мг/кг). 
 
 
 
 55 
 
 
2.4 Опис лабораторної установки для виробництва дрібнодисперсного 
активованого вугілля шляхом карбонізації відходів деревини із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою сумішшю 
 
 
У процесі активування при взаємодії окисника з вуглецем карбонізату 
проходить багатостадійний процес з видаленням залишків функціональних 
груп, окремих кристалітів і макромолекул. У підсумку змінюється пориста 
структура та активність вуглецевого матеріалу.  
Існую безліч факторів що впливають на процес перебігу і якість 
одержуваного активованого вугілля:  
- фізико-хімічні та структурні характеристики вихідної сировини, що 
залежить від вид у самої сировини, умов її попередньої обробки і режимом 
карбонізації;  
- фізичні та хімічні режими проведення процесу парогазової активації; 
- апаратурне оформлення процесу.  
Для керування процесом парогазової активації в якості активуючих 
агентів використовують м'які окисники, реакційну здатність яких можна 
регулювати температурними параметрами процесу. Нижня границя 
температурного інтервалу процесу парогазової активації визначається 
необхідністю забезпечити оптимальну швидкість активування, а верхня 
границя виключенням можливості поверхневого обпалу вугілля. 
Активаторами, що використовуються у виробництві активованого вугілля 
методом парогазової активації виступають оксид карбону (IV) і водяна пара, 
температурний інтервал керованого впливу лежить у вузьких границях – 800-
950 °С. 
Технологічне поняття «механізм парогазової активації» означає 
сукупність всіх явищ, які мають місце при взаємодії окисника з 
 56 
 
неактивованим вугіллям, перебіг якого залежить від стану вулецю у 
вихідному карбонізаті та чинників, які визначають умови контролю 
параметрів пористості структури в активованому вугіллі в заданих границях. 
Теоретичні поняття про механізм реакції aктивування розроблялися 
значно пізніше виробничого застосування цього процесу. Основні положення 
теорії були сформульовані приблизно до кінця п'ятдесятих років. Полгають 
вони в тому, що при активуванні газами атоми вуглецю, розташовані по 
краях графітоподібної кристалічної гратки, легко реагують із газами. Для 
опису реакції взаємодії вуглецю з оксидом карбону (IV) запропоновані два 
механізми 
Механізм А (2.6-2.8):                        
С + СО2 = С(О) + СО                                            (2.6)  
С(О) = СО                                                        (2.7) 
С + СО = С(СО)                                                   (2.8) 
Механізм Б(2.9-2.10): 
                    СО + СО2 = С(О) + СО                                           (2.9)  
С(О) = СО                                                     (2.10) 
де С(О) - поверхневий оксид. 
Згідно рівняння (2.6), так званої реакції кисневого обміну, вуглець 
реагує з утворенням поверхневого оксиду С(O); pівняння (2.7) відображає 
перетворення цього поверхневого оксиду в оксид карбону (I). Після цього 
етапу газифікації оксид карбону (I) знову накопичується на реакційноздатній 
поверхні вуглецьвмісного матеріалу відповідно до рівняння (2.8) і 
сповільнює реакцію. 
Сповільнююча дія водню аналогічним чином пояснюється утворенням 
комплексів С(Н), Ці комплекси характеризуються такою ж стабільністю, що і 
комплекси С(О). Тому утворення комплексів карбон-гідроген призводить до 
зниження поглинання кисню. Експериментальне дослідження кінетики 
процесу активування дозволяє зробити висновоки, що реакція з водяною 
 57 
 
парою контролюється наступними стадіями процесу: масопередачею через 
газову плівку, що оточує частинки, дифузією в порах часток і реакціями на 
поверхні пор. При низькій температурі швидкість реакції контролюється 
хімічною реакційною здатністю твердого матеріалу з коефіцієнтом 
використання внутрішньої поверхні близьким до одиниці. При середніх і 
високих температурах можливе швидке падіння концентрації пари в 
активованому вугіллі і ступінь використання стає значно меншим одиниці. В 
ході експериментальних досліджень виявлено, що швидкість реакції 
активування росте зі збільшенням швидкості газового потоку. Цей зв'язок 
демонструє, що на швидкість реакції впливає зовнішня масопередача 
реакційних агентів. Але в інтервалі використовуваних для активування 
температур вона не є визначальним фактором. В протилежному випадку при 
даній концентрації пари мала б місце реакція першого порядку. Однак 
швидкість реакції активування вугілля водяною парою пропорційна 
концентрації пари в степені 0,6, тому контролюючим фактором виступає 
швидкість реакції. Вихідний матеріал і його попередня підготовка істотно 
впливає на об'єм і розподіл пор за розмірами, а також на швидкість 
активування поряд з умовами проведення реакції. Першочергово велике 
значення має вміст летких речовин.  
При карбонізації деревної стружки при 300 °С у твердому продукті 
залишається більше 40 % летких речовин. Якщо ж карбонізація проходить 
при 900°С, то вміст летких речовин не перевищує 4 %. При активуванні цих 
продуктів при 900 °С питома поверхня в першому випадку дуже швидко 
зростає, утворюється велика кількість макропор, на поверхні яких 
продовжуеться процес активування. Тому при прогресуючому активуванні 
слабококсований продукт відрізняеться ширшим розподілом мікропор, у 
порівнянні із продуктом з тієї ж вихідної сировини, але підданим попередній 
карбонізації при 900°С. Крива розподілу пор при активуванні протягом однієї 
години представлена на рисунку 2.1. 
 58 
 
 
Рисунок 2.1 – Криві розподілу пор в активованому вугіллі із деревної 
стружки при різній температурі карбонізації (час активування 60 хвилин, 
температура активування 900 °C)  
Можна зробити висновки, що об'єм і розподіл пор визначається видом 
вихідного матеріалу і його обпалом. Насипна густина та об'єми адсорбуючих 
і транспортних пор розраховувались залежно від обпалу, отримані рівняння 
перевірялися для подрібнених продуктів. У випадку формованого вугілля має 
місце відхилення, тому що усадочні процеси сповільнюють нормальне 
пароутворення. Температура активування слабко впливає на утворення пор, 
поки процес ведеться при температурах, при яких швидкість реакції 
визначається хімічним обміном, а не дифузією. Застосування кисню в якості 
активуючого газу, коли має місце низька температура, необхідного для 
усунення можливості високого ступеня обпалу, це призводить до швидкої 
появи великих пор. В результаті отримуємо вихід продукту нижчий, ніж при 
активуванні водяною парою. Можливе також і комбінування різних 
активуючих газів. 
Велике значення в технічному процесі газового активування 
залишається за каталітичним прискоренням реакції активування. 3 цією 
метою зазвичай використовують гідроксид і карбонат калію і кількостях 0,1-
5% від маси вуглецевого матеpiалy. Крім гідроксид і карбонат калію в малих 
кількостях можна використовувати гідроксид натрію, солі лужних і 
лужноземельних металів, а також хлориди, сульфіди, ацетати, карбонати, 
 59 
 
сульфіти. Ці речовини можливо додавати в у формі розчинів або 
безпосередньо змішувати із дрібнодисперсним вуглецевмісним матеріалом. 
При дослідженні каталітичної дії карбонату калію встановлено, що калій 
втискається між площинами кристалічних граток карбону і збільшує відстань 
між площинами решітки графіту від 0,34 до 0,38 нм. «Розкриті» карбонові 
шари за таких умов стають доступними для подальшого газового 
активування. Окрім вище зазначених каталізаторів також про застосувуються 
сполуки феруму, мангану та алюмінію. За допомогою різних добавок можна 
вплинути не тільки на швидкість реакції газифікації, але і на розподіл пор за 
розмірами і, ймовірно, на вид та кількість кисневих поверхневих сполук. 
Таким чином, при використанні сполук натрію як каталізаторів замість 
сполук калію, максимум в розподілі пор зміщається в бік більших розмірів. 
Утворення ж різноманітних поверхневих кисневих сполук залежить від 
подальшої обробки активованого вугілля. Наприклад, нагрівання на повітрі 
до температур нижче, ніж температура запалювання, призводить до 
утворення кислих кисневих поверхневих сполук. Якщо підвести до нагрітого 
до високих температур активованого вугілля повітря, що має кімнатну 
температуру, утворюються основні кисневі поверхневі сполуки. Однак 
зазначимо, що максимальна кількість основних груп значно нижча кількості 
кислих груп. 
  
 60 
 
3 РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ І КОНСТРУКЦІЇ АПАРАТА 
 
3.1 Опис технологічного обладнання та стадії процесу виробництва 
активованого вугілля шляхом карбонізації з деревних відходів із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою  
 
 
Технологічна схема виробництва дрібнодисперсного активованого 
вугілля із деревних відходів представлена на рисунку 3.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 –  подрібнювач деревини; 2 – збірник стружки; 3 –  барабанна сушарка; 4, 9, 
15, 17 – циклон; 5 – піч карбонізації; 6 – конденсатор; 7 – барабанний 
холодильник деревного вугілля; 8 –  компресор; 10 – кульовий млин; 11 – 
класифікатор; 12 – збірник подрібненого вугілля; 13 – живильник; 14 – піч 
активації; 16 – трубчатий водоохолоджуючий збірник активованого вугілля; 
18 – котел-утилізатор; 19 – пароперегрівач; 20 – насос; 21 – піч допалювання; 
22 – конденсатор; 23 – абсорбер; 24 – економайзер; 25 – барабан. 
Рисунок 3.1 – Технологічна схема виробництва дрібнодисперсного 
активованого вугілля шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою сумішшю. 
 61 
 
Процесу виробництва активованого вугілля шляхом карбонізації 
деревних відходів із подальшим активуванням деревного карбонзату 
парогазовою сумішшю можна поділити на наступні стадії: 
1. Подрібнення і сушка деревини; 
2. Карбонізація деревини; 
3. Подрібнення і класифікація; 
4. Активування парогазовою сумішшю. 
Опишемо окремо кожну з цих стадій. 
Подрібнення і сушка деревини 
Деревні відходи надходить у подрібнювач деревини 1, де 
подрібнюється до стружки (тирси) із середнім розміром частинок 4 – 6 мм. 
Вона подаєься у збірник стружки 2, а потім у барабанну сушарку, де 
підсушується і направляється на карбонізацію. Частинки пилеподібної 
деревини, які виносяться із сушарки вловлюються в циклоні 4 і 
направляються разом із основним потоком стружки на карбонізацію. 
Карбонізація деревини 
Із сушарки подрібнена деревина надходить у піч карбонізації 5, де 
піддається піролізу. В результаті цього утворюється деревне вугілля 
(карбонізат), а в газову фазу відходять леткі органічні речовини (оцтова 
кислота, вищі карбонові спирти, різноманітні смоли та ін.), які в подальшому 
конденсуються в конденсаторі 6. Окрім летких органічних речовин в газову 
фазу також надходять гази, які не конденсуються в конденсаторі (вуглеводні, 
оксиди карбону, водень), вони, після очистки, подаються на спалювання для 
нагріву печі карбонізації, підмішуючись до потоку природного газу, 
зменшуючи його витрати. 
Деревне вугілля після печі карбонізації подається в барабанний 
холодильник 7, де воно обдуваючись повітрям охолоджується і частково 
подрібнюється. Повітря при цьому нагрівається і в подальшому 
використовується як сушильний агент при сушінні деревної стружки. У тих 
 62 
 
випадках, коли температура повітря, яке виходить із барабанного 
холодильника, недостатня для забезпечення необхідних параметрів процесу 
сушіння, передбачений його підігрів за рахунок змішування із топковими 
газами із печі карбонізації. Із барабанного холодильника можливе винесення 
пилеподібного деревного вугілля, дрібні частинки якого, перед сушінням 
деревної стружки, вловлюються в циклоні 9 і подаються на класифікацію. 
Подрібнення і класифікація 
Охолоджене деревне вугілля після холодильника 7 подається на 
подрібнення до кульового млина 10, де з частинок із середнім розміром 4 – 5 
мм подрібнюється до частинок із максимальним розміром 0,2 мм, Після 
млина деревне вугілля направляється на класифікацію (розсіювання) в 
ситовий класифікатор 11, де подрібненні частинки розподіляються на дві 
фракції: частинки з розміром меншим або рівним 0,1 мм направляються в 
збірник подрібненого вугілля 12 для подальшої активації, а частинки з 
розміром більшим 0,1 мм – на повторне подрібнення у млин. Таким чином 
реалізується замкнутий цикл розмелу. 
Активування парогазовою сумішшю 
Із збірника подрібненого вугілля 12 вугілля надходить у живильник 13, 
звідки, дозуючись, подається до печі активації 14 з киплячим шаром. В піч 
активації подається природний газ, повітря, перегріта пара та частина 
активаційного газу, який, виходячи із печі, проходить через циклон 15, де газ 
очищається від твердих частинок, які можуть виноситися із печі киплячого 
шару. Повернення частини активаційного газу, який містить велику кількість 
оксиду карбону (I) та водню, назад в піч дозволяє знизити витрати 
природного газу. 
Інша частина активаційного газу, проходячи через циклон 17 
очищається та направляється на виробництво пари в котлі утилізаторі 18 та 
на перегрів пари в пароперегрівачі 19. Краплинки води, які виносяться з 
 63 
 
котла-утилізатора відділяються від пари в барабані 25. Живильна вода 
підігрівається за рахунок віддачі тепла відхідних газів у економайзері 24. 
Після цього гази направляються на очистку в піч допалювання 21 для 
зниження концентрації оксиду карбону (II), потім у конденсатор 22 для 
конденсації водяної пари із відхідних газів і утилізації їх теплоти та абсорбер 
23, де частково поглинається оксиду карбону (IV) перед викидом в 
атмосферу. 
Активоване вугілля із печі активації надходить у трубчатий 
водоохолоджуючий збірник 16, де охолоджується та направляється на 
фасування та упаковку. 
 
 
3.2 Розрахунок матеріального балансу процесу активування вугілля 
шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю 
 
 
У піч активації надходить подрібнений деревний карбонізат, який 
піддається обробці парогазовою сумішшю. Парогазова суміш утворюється 
внаслідок змішування перегрітої водяної пари та продуктів горіння газів у 
топковому відділення печі активації. 
Процеси при активації можна описати наступними хімічними 
рівняннями: 
C + H2O = CO + H2                                                                  (3.1) 
C + H2O = CO2+ 2H2                                                                (3.2) 
C + CO2 = 2CO                                               (3.3) 
CO + 0,5O2 = CO2                                                                    (3.4) 
H2 + 0,5O2 = H2O                                             (3.5) 
Ступені перетворення для реакцій (3.1- 3.5) дорівнюють відповідно: 
 64 
 
Х1= 0,2, Х2 = 0,7, Х3 = 0,1, Х4 = 0,85, Х5 = 0,9 
Розрахунок проведемо на 1000 кг вуглецю, який міститься у складі 
деревного карбонізату, для того, щоб визначити, яка маса активованого 
вугілля утвориться. Запишемо сумарне рівняння реакції вуглецю з водяною 
парою: 
2C + 3H2O = СО + CO2+ 3H2                                 (3.6) 
Стехіометрична маса водяної пари, що витратиться згідно із реакціями 
(3.1) та (3.2), складатиме (m‘
стех (Н2О), кг): 
‘ ��(��)×3��(��2��) 1000×3×18
��стех (Н2О) = = = 2250 кг        (3.7) 
2��(��) 2×12
Нехай в реакцію (3.1) вступає х кг вуглецю та у кг водяної пари. Тоді на 
реакцію (3.2) залишиться (1000 - х) кг вуглецю та (2250 - у) кг водяної пари. 
Складемо систему рівнянь (3.8): 
�� ��
=                                                           (3.8) 
12 18
1000−�� 2250−��
=                                                  (3.9) 
12 18
З рівняння (3.9) виходить, що х = 500; y = 750. 
Із врахуванням ступеня перетворення, маса вуглецю, яка вступить в 
реакцію (3.1), складатиме (m‘
1 (С), кг) (3.10): 
��′ 
1(��) = 500 × ��1 = 500 × 0,2 = 100 × кг                     (3.10) 
Маса вуглецю, яка вступить в реакцію (3.2), складатиме відповідно      
(m‘
2 (С), кг) (3.11): 
��′ 
2(��) = (1000 × ��1(��)) × ��2 = (1000 − 100) × 0,7 = 630 кг     (3.11) 
Маса вуглецю, яка вступить в реакцію (3.3), складатиме відповідно       
(m‘
3 (С), кг) (3.12): 
��′ 
3(��) = 1000 − ��1(��) − ��2(��) − ��3(��) = 
= 1000 − 100 − 630 − 27 = 243 кг                         (3.12) 
Масова частка вуглецю в деревному карбонізаті становить 93 %. 
Тоді, маса деревного карбонізату, необхідного для добування 243 кг 
активованого вугілля, становитиме (mдер.карб., кг) (3.13): 
 65 
 
1000
��дер.карб. = = 1075,27 кг                                   (3.13) 
0,93
Розрахуємо матеріальний баланс процесу активування вугілля шляхом 
карбонізації деревних відходів із подальшим активуванням деревного 
карбонзату парогазовою сумішшю для промислової установки потужністю 
2000 кг/год в розрахунку на одну годину роботи. 
Згідно з вище приведеними розрахунками можемо визначити масу 
вуглецю, необхідну для забезпечення заданої продуктивності промислової 
установки (3.14): 
2000×1000
��(��) = = 8230,45 кг                              (3.14) 
243
За сумарною реакцією (3.6) знайдемо стехіометричну кількість водяної 
пари, необхідної для реакцій (3.1) та (3.2) (m‘
стех (Н2О), кг) (3.15): 
‘ ��(��)×3��(��2��) 8230,45×3×18
��стех (Н2О) = = = 18518,52 кг     (3.15) 
2��(��) 2×12
В перерахунку на об’єм (Vстех(Н2О), м3) (3,16): 
��
�� (Н О) = стех(Н2О) 18518,52
стех 2 × 22,4 = × 22,4 = 23045,27м3    (3.16) 
М(Н2О) 18
Враховуючи надлишок водяної пари (N=2,5), яка подається для реакції, 
маса (mнадл (Н2О), кг) (3.17) та об’єм (Vнадл (Н2О), м3) (3.18) водяної пари 
складатимуть:  
��надл(Н2О) = ��стех(Н2О) × �� = 18518,52 × 2,5 = 46296,3 кг   (3.17) 
��надл(Н2О) = ��стех(Н2О) × �� = 23045,27 × 2,5 = 57613,17 м3    (3.18) 
Нехай в реакцію (3.1) вступає х кг вуглецю та у кг водяної пари. Тоді на 
реакцію (3.2) залишиться (8230,45 - х) кг вуглецю та (18518,52 - у) кг водяної 
пари. Система рівнянь матиме вигляд (3.19): 
8230,45−�� 18518,52−��
=                                       (3.19) 
12 18
З рівняння (3.19) виходить, що х = 4115,23; y = 6172,84. 
Із врахуванням ступеня перетворення, маса вуглецю, яка вступить в 
реакцію (3.1), складе (m1 (С), кг) (3.20): 
��1(��) = 4115,23 × ��1 = 4115,23 × 0,2 = 823,05кг        (3.20) 
 66 
 
Розрахуємо масу водяної пари (m1(H2O), кг) (3.21), що прореагує згідно 
з реакцією (3.1): 
��1(��)×��(��2��) 823,05×18
��1(��2��) = = = 1234,57 кг           (3.21) 
��(��) 12
В перерахунку на об’єм (V1(H2O), м3) становитиме (3.22): 
�� (�� ��) 1234,57
��1(��2��) = 1 2 × 22,4 = × 22,4 = 1536,35м3           (3.22) 
��(��2��) 1218
Маса оксиду карбону (II) (m1(СO), кг), яка утвориться в результаті 
реакції (3.1), розраховується наступним чином (3.23): 
�� (��)×��(С��) 823,05×28
��1(С��) = 1 = = 1920,44 кг           (3.23) 
��(��) 12
В перерахунку на об’єм (V 3
1(СO), м ) матимемо (3.24): 
�� (��) 1920,44
��1(С��) = 1 × 22,4 = × 22,4 = 1536,35м3           (3.24) 
��(��) 28
Розрахуємо масу (m1(H2), кг) та об’єм (V1(H2), м
3) водню, що утвориться 
в результаті реакції (3.1), матимемо (3.25), (3.26). 
��1(��)×��(��2) 823,05×2
��1(��2) = = = 137,17 кг           (3.25) 
��(��) 12
�� (�� ) 137,17
�� (�� ) = 1 2
1 2 × 22,4 = × 22,4 = 1536,35м3           (3.26) 
��(��2) 2
Таким чином, маса вуглецю, що прореагує згідно реакції (3.2) 
складатиме (m2(С), кг) (3.27): 
��2(��) = (��(��) − ��1(��)) × ��2 = 
= (8230,45 − 823,05) × 0,7 = 5185,19 кг                      (3.27) 
Маса водяної пари (m2(H2O), кг), що прореагує згідно реакції (3.2) 
розраховується за формулою (3.28): 
��2(��)×��(��2��) 5185,19×18
��2(��2��) = = = 15555,56 кг         (3.28) 
��(��) 12
В перерахунку на об’єм (V2(H 3
2О), м ) матимемо (3.29): 
�� (�� О) 15555,56
��1(��2О) = 1 2 × 22,4 = × 22,4 = 19358,02м3      (3.29) 
��(��2О) 18
Маса оксиду карбону (IⅤ) (m2(СO2), кг), яка утвориться в результаті 
реакції (3.2), розраховується наступним чином (3.30): 
 67 
 
��2(��)×��(С��2) 5185,19×44
��2(����2) = = = 19012,35 кг           (3.30) 
��(��) 12
В перерахунку на об’єм (V 3
2(СO2), м ) матимемо (3.31): 
��2(СО2) 19012,35
��2(СО2) = × 22,4 = × 22,4 = 9679,01м3           (3.31) 
��(СО2) 44
Розрахуємо масу (m1(H2), кг) та об’єм (V1(H2), м
3) водню, що утвориться 
в результаті реакції (3.2), матимемо (3.33), (3.34). 
��2(��)×��(��2) 5185,19×2
��2(��2) = = = 137,17 кг           (3.33) 
��(��) 12
�� (�� ) 1728,40
�� (�� ) = 1 2
1 2 × 22,4 = × 22,4 = 19358,02м3           (3.34) 
��(��2) 2
Маса вуглецю (m3(С), кг), яка прореагує згідно реакції (3.3) 
розраховується так (3.35): 
��3(��) = (��(��) − ��1(��) −  ��2(��)) × ��3 = 
= (8230,45 − 823,05 − 5185,19) × 0,1 = 222,22 кг           (3.35) 
Маса оксиду карбону (IⅤ) (m3(СO2), кг), яка утвориться в результаті 
реакції (3.2), розраховується наступним чином (3.36): 
��3(��)×��(С��2) 222,22×44
��3(����2) = = = 814,81 кг           (3.36) 
��(��) 12
В перерахунку на об’єм (V 3
3(СO2), м ) матимемо (3.37): 
��3(СО
�� (СО ) = 2) 814,81
3 2 × 22,4 = × 22,4 = 414,81м3           (3.37) 
��(СО2) 44
Маса оксиду карбону (II) (m3(СO), кг), яка утвориться в результаті 
реакції (3.3), розраховується наступним чином (3.38): 
��3(��)×��(С��) 222,22×28
��3(С��) = = = 1037,04 кг           (3.38) 
��(��) 12
В перерахунку на об’єм (V3(СO), м3) матимемо (3.39): 
��3(��) 1037,04
��3(С��) = × 22,4 = × 22,4 = 829,63м3           (3.39) 
��(��) 28
З урахуванням того, що масова частка вуглецю в деревному карбонізаті 
становить 93%, то для добування 2000 кг активованого вугілля його маса 
становитиме (mдер.карб., кг) (3.40): 
��(��) 8230,45
��дер.карб. = = = 8849,95кг                        (3.40) 
0.93 0,93
 68 
 
Так як, частина відхідних газів (φ – 20%) буде повертатися в піч 
активації для спалювання, зробимо розрахунки згідно рівнянь (3.4) та (3.5): 
Маса оксиду карбону (Ⅱ), що буде повертатися у піч активації для 
спалювання (mповерн(СО), кг) (3.41): 
��поверн(СО) = (��1(����) + ��3(����)) ∗ �� = 
= (1920,44 + 1037,04) × 0,2 = 591,5 кг                     (3.41) 
В перерахунку на об’єм (V 3
повер(СО), м ) (3.42): 
��
( ) поверн(СО) 591,5
��поверн СО = × 22,4 = × 22,4 = 473,2м3         (3.42) 
М(СО) 28
Маса оксиду карбону (Ⅱ), що прореагує згідно із реакцією (3.4), складе 
(m4(СО), кг) (3.43): 
��4(����) = ((��1(����) + ��2(����)) × �� × ��4 = 
= (1920,44 + 1037,04) × 0,2 × 0,85 = 502,77кг              (3.43) 
В перерахунку на об’єм (V4(СO), м3) (3.44): 
��4(����) 502,77
��4(����) = × 22,4 = × 22,4 = 473,2м3       (3.44) 
��(����) 28
Маса кисню, що необхідна для спалювання оксиду карбону (Ⅱ) згідно 
із рівнянням реакції (3.4), складає (m4(О2), кг) (3.45): 
��4(��О)×0,5×��(О2) 502,77×0,5×32
��4(О2) = = = 287,3 кг           (3.45) 
��(��О) 28
В перерахунку на об’єм (V 3
4(O2), м ) (3.46): 
�� (О )× 287,3
��4(О2) = 4 2 × 22,4 = × 22,4 = 201,11м3           (3.46) 
��(��2) 32
Маса оксиду карбону (IⅤ) (m4(СO2), кг), яка утвориться в результаті 
реакції (3.4), розраховується наступним чином (3.47): 
��4(��О)×��(С��2) 502,77×44
��4(����2) = = = 790,07 кг           (3.47) 
��(��О) 28
В перерахунку на об’єм (V4(СO2), м
3) (3.48): 
��
�� (СО ) = 4(СО2)× 790,07
4 2 × 22,4 = × 22,4 = 402,22м3           (3.48) 
��(��2) 44
Маса водню, що буде повертатися у піч активації для спалювання 
(mповерн(Н2), кг) (3.49): 
 69 
 
��поверн(Н2) = (��1(Н2) + ��2(Н2)) ∗ �� = 
= (137,17 + 1728,4) × 0,2 = 373,11 кг                     (3.49) 
В перерахунку на об’єм (V 3
повер(Н2), м ) (3.50): 
��поверн(Н2) 373,11
��поверн(Н2) = × 22,4 = × 22,4 = 4178,88м3         (3.50) 
М(Н2) 2
Маса водню (m5(Н2), кг), що вступить в реакцію згідно із рівнянням 
(3.5), складе (3.51): 
��5(Н2) = ((��1(Н2) + ��2(Н2)) × �� × ��5 = 
= (137,17 + 1728,4) × 0,2 × 0,9 = 335,8кг              (3.51) 
В перерахунку на об’єм (V5(Н
3
2), м ) (3.52): 
�� (Н ) 335,8
��5(Н2) = 5 2 × 22,4 = × 22,4 = 3760,99м3          (3.52) 
��(Н2) 2
Маса кисню, що необхідна для спалювання водню згідно із рівнянням 
реакції (3.5), складає (m5(О2), кг) (3.53): 
��5(Н2)×0,5×��(О2) 335,8×0,5×32
��5(О2) = = = 2686,42 кг           (3.53) 
��(Н2) 2
В перерахунку на об’єм (V5(O2), м
3) (3.54): 
�� (О )× 2686,42
��4(О2) = 5 2 × 22,4 = × 22,4 = 1880,49м3           (3.54) 
��(��2) 32
Маса водяної пари (m5(Н2О), кг), яка утвориться в результаті реакції 
(3.5), розраховується наступним чином (3.55): 
��5(Н2)×��(Н2О) 335,8×18
��5(Н2О) = = = 3022,22 кг           (3.55) 
��(Н2) 2
В перерахунку на об’єм (V5(Н2О), м3) (3.56): 
��5(Н2О)× 3022,22
��5(Н2О) = × 22,4 = × 22,4 = 3760,99м3           (3.56) 
��(Н2О) 18
Виходячи із кількості оксиду карбону (Ⅱ) та водню, які повертаються у 
піч активації, розрахуємо об’єм повітря (V 3
пов., м ) що необхідно подати для 
забезпечення реалізації процесу (3.57): 
��4(��2) ��
+ 5(��2) 201,11 1880,49
�� �� +
�� = 4 5 = 0,85 0,9
пов = 11076,36м3           (3.57) 
0,21 0,21
де, 0,21 – об’ємна частка кисню в повітрі. 
 70 
 
Тоді, маса повітря складе (mпов., кг) (3.58): 
��
�� = пов 11076,36
пов × Мпов = × 29 = 14339,93 кг              (3.58) 
22,4 22,4
Окрім кисню повітря містить 79% азоту (вміст інших складових 
повітря включимо у вміст азоту), його маса складатиме (m(N2), кг) (3.59): 
��(��2) = ��пов × 0,79 = 1433993 × 0,79 = 10937,91 кг      (3.59) 
Отримані результати розрахунку матеріального балансу процесу 
активування вугілля шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою сумішшю зведемо в 
таблиці 3.1 та 3.2. 
Таблиця 3.1 – Матеріальний баланс (прихід) процесу активування 
вугілля шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю 
№ Частка Масова 
Назва компонента Об’єм, м3 Маса, кг 
п/п об’єму, % частка, % 
1 Деревний карбонзат:   8849,95 12,74 
Вуглець (С)   8230,45 11,84 
Інші домішки   619,50 0,89 
2 Вода (Н2О) 57613,17 72,23 46296,30 66,63 
3 Повітря: 11076,36 13,89 14339,93 20,64 
Кисень (О2) 2323,04 2,92 3322,91 4,78 
Азот та інші домішки (N2) 8750,32 10,97 10937,91 15,74 
Всього 79765,89 100 69486,18 100 
Таблиця 3.2 – Матеріальний баланс (витрата) процесу активування 
вугілля шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю 
№ Частка Масова 
Назва компонента Об’єм, м3 Маса, кг 
п/п об’єму, % частка, % 
1 Деревний карбонзат: 
Вуглець (С)   2000,00 2,88 
Інші домішки   619,50 0,89 
2 Вода (Н2О) 40479,78 51,74 32528,40 46,87 
3 Повітря: 
Кисень (О2) 244,43 0,31 349,19 0,50 
Азот (N2) 8750,32 11,18 10937,91 15,76 
4 Оксид карбону (ІI) (СО) 1963,76 12,36 18987,60 27,36 
5 Оксиду карбону (IV) 
9666,41 12,36 18987,60 27,36 
(СО2) 
 71 
 
6 Водень (Н2) 17133,39 21,90 1529,77 2,20 
Всього 78238,11 100 69407,06 100 
 
 
3.3 Розрахунок теплового балансу процесу активування вугілля шляхом 
карбонізації з деревних відходів із подальшим активуванням деревного 
карбонзату парогазовою 
 
 
Теплові ефекти реакцій (3.1-3.5) становлять наступні показники: 
ΔН = +131,28 кДж/моль; 
ΔН = +90,11 кДж/моль; 
ΔН = +172,45 кДж/моль; 
ΔН = ‒282,98 кДж/моль; 
ΔН = ‒241,81 кДж/моль. 
Температура водяної пари становить tвп = 500°С. 
Температура карбонізату становить tкарб = 80°С. 
Температура повітря становить tпов = 20°С. 
Температура відхідних газів tвг = 1100°С. 
Зазначимо теплоемності речовин за стандартних умов у таблиці 3.3. 
Таблиця 3.3 – Теплоємності речовин за стандартних умов 
Речовина Ср298, Дж/мольК 
С 8,54 
Н2О 33,61 
СО2 37,11 
СО 29,14 
Н2 28,83 
О2 29,37 
N2 29,12 
Теплоємність вуглецю при 900°C становить Ср298(C) = 21,83 Дж/моль 
К. 
Теплоємність вуглецю при 80 °С становить Ср80(C) = 11,69 Дж/моль К. 
 72 
 
Теплоємність водяної пари при 500 °С становить Ср500(в.п.) = 38,33 
Дж/моль К. 
Теплоемність повітря при 20 °C становить Ср20(пов.) = 29,17 Дж/моль 
К. 
Теплоємності речовин, що містять у відхідних газах і іх теплоємність 
при 1100°С наведені в таблиці 3.4. 
 
Таблиця 3.4 – Теплоємність компонентів відхідних газів при 1100 С. 
Компонент 
Ср1100, Дж/мольК 
відхідних газів 
Н2О 44,72 
СО2 56,10 
СО 34,01 
Н2 31,78 
О2 35,91 
N2 33,74 
Теплоємність відхідних газів при 1100 °С, розрахована за правилом 
адитивності та становить: Ср1100(в.г.) = 18,63 Дж/моль К. 
За умовою теплового балансу, де виконується правило (3.60) 
Qприходу = Qвитрат                                                (3.60) 
а отже (3.61), 
Q1 + Q2 + Q3 + Q4+ Q5 + Q6 = Q7 + Q8 + Q9 + Q10 + Q11 + Q12        (3.61) 
де, Q1 – кількість теплоти, що вноситься з карбонізатом, кДж; 
Q2 –  кількість теплоти, що вноситься з водяною парою, кДж;  
Q3 – кількість теплоти, що вноситься з повітрям, кДж;  
Q4 – кількість теплоти, що вноситься газами, які повертаються, кДж;  
Q5 – кількість теплоти, що виділяється в результаті реакції 5.4, кДж; 
Q6 – кількість теплоти, що виділяється в результаті реакції 5.5, кДж; 
Q7 – кількість теплоти, що витрачається на реакцію 5.1, кДж, 
Q8 – кількість теплоти, що витрачається на реакцію 5.2, кДж; 
Q9 – кількість теплоти, що витрачається на реакцію 5.3, кДж; 
Q 10 – кількість теплоти, що виноситься із активованим вугіллям, кДж; 
 73 
 
Q11 – кількість теплоти, що виноситься з відхідними газами, кДж; 
Q12 – втрати теплоти в навколишнє середовище (5% від сумарної теплоти, 
що виноситься), кДж. 
Розрахуємо кількість теплоти, що вноситься з карбонізатом (Q1, кДж) 
отримаємо наступне значення (3.62): 
��дер.карб.
�� = × С80
1 × �� = 
М(С) р карб.
8849,95
= × 11,69 × 80 = 689728,01кДж                     (3.62) 
12
Розрахуємо кількість теплоти, що вноситься з водяною парою (Q2, 
кДж) отримаємо значення (3.63): 
��надл.(Н2О)
�� = × С500
2 р (Н О) × ��
М(Н О) 2 вп = 
2
46296,3
= × 38,33 × 500 = 49297913,38кДж                (3.63) 
18
Розрахуємо кількість теплоти, що вноситься з повітрям (Q3, кДж) 
отримаємо значення (3.64): 
��пов
�� = × С20
3 (пов) × �� = 
М(пов) р пов
14339,93
= × 29,17 × 20 = 288504,57 кДж                     (3.64) 
29
Розрахуємо кількість теплоти, що вноситься газами, які повертаються в 
піч (Q4, кДж) (3.65): 
��в.г.��
��4 = × ��1100
р (в. г. ) × ��в.г. = 
����
78238,11×0,2
= × 18,63 × 1100 = 14316232,72кДж            (6.65) 
22,4
Розрахуємо кількість теплоти, що виділяється в результаті реакції (3.4) 
(Q5, кДж) отримаємо значення (3.66): 
��4(����)
��5 = × 1000 × (−∆��4) = 
��(����)
502,77
= × 100 × (−(−282,98)) = 5081218,38кДж              (3.66) 
28
 74 
 
Розрахуємо кількість теплоти, що виділяється в результаті реакції (3.5) 
(Q6, кДж) отримаємо значення (3.67): 
��5(��2)
��6 = × 1000 × (−∆��5) = 
��(��2)
335,8
= × 1000 × (−(−241,81)) = 40600197,53кДж            (3.67) 
2
Розрахуємо кількість теплоти, що витрачається на реакцію (3.1)              
(Q7, кДж) отримаємо значення (3.68): 
��1(С)
��7 = × 1000 × ∆Н = 
��(С) 1
823,05
= × 1000 × 131,28 = 9004115,23кДж            (3.68) 
12
Розрахуємо кількість теплоти, що витрачається на реакцію (3.2)              
(Q8, кДж) отримаємо значення (3.69): 
��2(С)
��8 = × 1000 × ∆Н = 
��(С) 2
5185,19
= × 1000 × 90,11 = 38936419,75кДж            (3.69) 
12
Розрахуємо кількість теплоти, що витрачається на реакцію (3.3)              
(Q9, кДж) отримаємо значення (3.70): 
��3(С)
��9 = × 1000 × ∆Н = 
��(С) 3
222,22
= × 1000 × 172,45 = 3193518,52кДж              (3.70) 
12
Розрахуємо кількість теплоти, що виноситься з активованим вугіллям 
(Q10, кДж) отримаємо значення (3.71): 
��а.в.
�� 900
10 = × Ср (С) × ��а.в. = 
��(С)
2000
= × 21,83 × 900 = 3275180,77кДж                       (3.71) 
12
Розрахуємо кількість теплоти, що виноситься з відхідними газами          
(Q11, кДж) отримаємо значення (3.72): 
��в.г.(Н2О)
��11 = × С1100
р (в. г. ) × ��
�� в.г. = 
��
 75 
 
78238,11
= × 18,63 × 1100 = 71581163,58кДж                (3.72) 
22,4
Обрахуємо трати теплоти в навколишнє середовище (Q12, кДж) (3.73): 
Q12 = (Q7 + Q8 + Q9 + Q10 + Q11) × 0,05 = 
= 110273794,59 × 0,05 = 6299519,89 кДж                      (3.73) 
Представимо результати розрахунків теплового балансу процесу 
активування вугілля шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим 
активуванням деревного карбонзату парогазовою сумішшю за допомогою 
Таблиці 3.5 та Таблиці 3.6. 
Таблиця 3.5 – Тепловий баланс (прихід) процесу активування вугілля 
шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю 
Позначення кДж % 
Q1 689728,01 0,52 
Q2 49297913,38 37,27 
Q3 288504,57 0,22 
Q4 14316232,72 10,82 
Q5 5081218,38 3,84 
Q6 40600197,53 30,69 
Q13 1322016123,15 16,64 
Всього 132289917,70 100,00 
де, Q13 – кількість теплоти, яку необхідно підвести, кДж. 
Таблиця 3.6 – Тепловий баланс (витрата) процесу активування вугілля 
шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю 
Позначення кДж % 
Q7 9004115,23 6,81 
Q8 38936419,75 29,43 
Q9 3193518,52 2,41 
Q10 3275180,77 2,48 
Q11 71581163,58 54,11 
Q12 6299519,89 4,76 
Всього 132289917,70 100,00 
 
 
 76 
 
3.4 Розрахунок витратних коефіцієнтів процесу активування вугілля 
шляхом карбонізації деревних відходів із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою сумішшю 
 
 
Витратний коефіцієнт – відношення прямих матеріальних витрат 
(сировини, матеріалів, напівпродуктів та енергоресурсів) на одиницю готової 
продукції. 
Виратний коефіцієнт за деревним карбонізатом (��карб.) розрахуємо за 
формулою (3.74): 
��дер.карб. 8849,95
��карб. = =  = 4,4                           (3.74) 
��а.в. 2000
Витратний коефіцієнт за водяною парою (��в.п.) становить (3.75) 
��1(Н2О)+��2(��2��) 16790,12
��в.п. = =  = 8,4                           (3.75) 
��а.в. 2000
 
 
3.4 Розрахунок основного апарату виробництва активованого вугілля 
шляхом карбонізації з деревних відходів із подальшим активуванням 
деревного карбонзату парогазовою  
 
 
У технології виробництва дрібнодисперсного активованого вугілля 
основним апаратом являється піч активації. Використання в якості печей 
активації печей киплячого шару дозволяє забезпечити високу продуктивність 
процесу та знизити час активування вугілля у порівнянні із обертовими або 
поличними печами. Крім того, завдяки інтенсивному перемішуванню в 
киплячому шарі зростає швидкість процесу активації. 
Печі киплячого шару призначені для теплової обробки пастоподібних 
та рідких матеріалів. Тиск у таких апаратах близький до атмосферного. 
 77 
 
Середній розмір частинок псевдо зрідженого шару повинен знаходитися в 
діапазоні від 0,04 мм до 0,4 мм. 
Піч киплячого шару являє собою апарат циліндричної, циліндрично- 
конічної або призматичної форми, розділений опорно-розподільною 
решіткою на робочу і газорозподільну камери. В робочій камері на опорно-
розподільній решітці знаходиться продукт, який обробляють або інертний 
носій. В апараті використовують перфоровану або ковпачкову опорно-
розподільну решітку для переводу продукту в псевдозріджений стан. 
Для обслуговування апарату і нагляду за процесом передбачені 
оглядові вікна і лази. Передбачена також можливість вимірювання 
температури газів в газорозподільній камері, на виході з апарату та 
температури киплячого шару. Пристрої безпеки (запобіжні клапани, розривні 
мембрани та ін.) встановлюють, як правило, за межами апарату на 
технологічних трубопроводах. 
Потік газу («зріджуючого» агенту), проходячи через опорно-
розподільну решітку, переводить продукт, який обробляють, в 
псевдозріджений (киплячий) стан. 
Діапазон псевдозрідження обмежений швидкостями початку 
псевдозрідження і виносу продукту. В якості «зріджуючого» агенту 
використовують продукти спалювання палива, водяну пару та повітря. 
Сировину подають в апарат за допомогою розпилюючих форсунок 
(розчини, суспензії), грануляторів (пасти) та різноманітних дозувальних 
пристроїв (порошки, зернисті матеріали). 
Продукт, який пройшов теплову обробку, вивантажується із апарату 
секторними засувами або об'ємними гвинтовими вивантажувачами, після 
чого направляється на подальшу обробку або фасування. 
Запилені гази, які виходять із печі, очищаються в циклонах, рукавних 
фільтрах, електрофільтрах або в апаратах мокрої очистки. Метод очистки 
відхідних газів залежить від ступеня очистки газів, який потрібно досягти. 
 78 
 
Такі печі працюють у безперервному режимі з автоматизованим 
керуванням. 
Здійснемо розрахунок основних розмірів печі. 
Вихідні дані розрахунку: 
Продуктивність печі: П = 48 т/добу; 
Насипна густина продукту: ρн = 530 кг/м3; 
Лінійна швидкість газового потоку: ω = 0,8 м/с; 
Ступінь перетворення за основною реакцією: η = 0,7; 
Масова частка вуглецю в деревному карбонізаті: С (С) =0,93; 
Вміст оксиду карбону (IV) у відхідних газах: С (СО2) =0,12; 
Температура киплячого шару: Т = 1173 K. 
Розрахуємо подобову інтенсивність роботи печі (І, т/(м2×добу)) за 
допомогою рівняння (3.76): 
34465×С(СО2)×�� 34465×0,12×0,8
І = = = 4,33т/(м2 × добу)            (3.76) 
С(С)×��×Т 0,93×0,7×1173
 
Площа попережного перерізу печі (F, м) становить (3.77): 
П 48
�� = = = 11,08м2                                    (3.77) 
І 4,33
Діаметр печі (D, м) розраховується як (3.78): 
4×�� 4×11,08
�� = √ = √ = 3,76м                               (3.78) 
�� 3,14
Гідравлічний опір шару матеріалу (ΔР) розраховуємо за формулою 
(3.79): 
∆Р = g × ��н × Н0 = 9,8 × 530 × 1 = 5194 Па             (3.79) 
де, g – прискорення вільного падіння, кг×м/с2; 
pн – насипна густина продукту, кг/м2; 
Н0 – висота нерухомого шару, м. 
Об’єм печі (Vп, м
3) становитиме (3.80): 
��в.г.×��×Тк.ш. 77749,24×1×1173
��п = = = 92,3 м3            (3.80) 
3600×Т0 3600×273
 79 
 
де, Vп – витрата відхідних газів при робочій температурі, м3/год; 
τ – час реакції однієї частинки, с; 
Ткш - температура киплячого шару, К; 
Т0 - нормальна температура, К. 
Висота печі (Н, м) розраховується наступним чином (3.81): 
�� 92.8
Н = �� = = 8,37м                                (3.81) 
�� 11,08
Виходячи з розрахунків приймаємо рішення про вибір печі з висотою     
Н = 8,4 м та діаметром D = 3,8 м. 
 
 
3.5 Розрахунок та вибір додаткового технологічного обладнання 
виробництва активованого вугілля шляхом карбонізації з деревних відходів із 
подальшим активуванням деревного карбонзату парогазовою  
 
 
До додаткового технологічного обладнання можна віднести насос для 
перекачування води. Необхідно встановити насос для перекачування води 
при температурі 80 °С з відкритої ємності в апарат, що працює під надмірним 
тиском 3 МПа. 
Витрати води становитимуть (Q) 0,0093м3/с; 
Геометрична висота підйому води (Нr) 4м; 
Довжина трубопроводу на лінії всмоктування (lвс) 10м; 
Довжина трубопроводу на лінії нагнітання (lнг) 8м. 
На всмоктувальній ділянці трубопроводу встановлено один 
прямоточний вентиль. На лінії нагнітання є один нормальний вентиль та є 2 
відведення під кутом 90° з радіусом повороту, рівним 6 діаметрам труби. 
Вибір трубопроводу 
 80 
 
Для всмоктувального і нагнітального трубопроводу приймемо 
однакову лінійну швидкість води ω що дорівнює 2 м/с. 
Тоді діаметр (d, м) розраховуватиметься (3.82): 
4×�� 4×0,0093
�� = √ = √ = 0,077м                        (3.82) 
��×�� 3,14×2
Вибираємо сталевий трубопровід із зовнішнім діаметром 80 мм і 
товщиною стінки 4 мм. Тоді внутрішній діаметр d = 72 мм. 
Розрахуємо фактичну швидкість води в трубі (ω, м/с) (3.83): 
4×�� 4×0,0093
�� = = = 2,28м/с                         (3.83) 
��×��2 3,14×0,0722
Допустимо, що корозія трубопроводу незначна, так як він сталевий. 
Визначення втрат на тертя і місцеві опори. Для цього знайдемо 
критерій Рейнольдса (3.84): 
��×��×�� 2,28×0,072×972
 ���� = = = 448402                       (3.84) 
�� 0,3565×10−3
де, ρ – густина води при 80°С, кг/м; 
μ – динамічна в’язкість води при 80°С, Па×с. 
Це значення критерію Рейнольдса вказує на турбулентний режим. 
Абсолютну шорсткість трубопроводу приймаємо рівною 2×10-4 м. 
Тоді проведемо розрахунки для визначення характеру тертя (3.85): 
 
∆ 2×10−4
�� = = = 0,0028                                          
�� 0,072
560×1
= 201600                                         (3.85) 
��
10×1
= 3600                                               
��
3600 < ���� < 20160                                          
А отже, у трубопроводі має місце змішане тертя, тому подальший  
розрахунок слід про водити за формулою (3.86): 
68 68
�� = 0,11 × (�� + )0,25 = 0,11 × (�� + ) = 0,026             (3.86) 
���� 448402
 81 
 
Визначимо суму коефіцієнтів місцевих опорів окремо для 
всмоктувальної і нагнітальної ліній. 
Для всмоктувальної лінії коефіцієнти місцевих опорів складатимуть: 
Вхід в трубу (приймаємо з гострими краями): ξ1 = 0,5; 
Прямоточні вентилі для d = 0,065 м ξа = 0,65; 
Прямоточні вентилі для d = 0,076 м ξа = 0,6; 
Знаходимо інтерполяцією для d = 0,072 ξа = 0,6318 помноживши на 
поправочний коефіцієнт 0,925, одержуємо ξ2 = 0,584 (3.87): 
∑ ��мс = ��1 + ��2 = 0,5 + 0,584 = 1,084                          (3.87) 
Втрачений напір (hвс, м) у всмоктувальній лінії знаходимо за формулою 
(3.88): 
1 ��2
ℎвс = (�� × + ∑ ��мс) × =                                 
�� 2×g
10 2,282
= (0,026 × + 1,084) × = 1,23 м                  (3.88) 
0,072 2×9,81
Розрахуємо для нагнітальної лінії: 
Відведення під кутом 90°: коефіцієнт А = 1, коефіцієнт В = 0,09: Звідси 
ξ1 = 0,09; 
Вентилі: для d = 0,04м ξ1= 4,9; для d = 0,08 ξ1= 4,0; 
Приймаємо для d = 0,072 м ξ2= 4,18; 
Вихід з труби: ξ3= 1; 
 
Сума коефіцієнтів місцевих опорів в нагнітальній лінії становитиме 
(3.89): 
∑ ��нг = 2 × ��1 + ��2 + ��3 = 2 × 0,09 + 4,18 + 1 = 5,36        (3.89) 
Втрачений напір (hнг, м) у нагнітальній лінії знаходимо за формулою 
(3.90): 
1 ��2
ℎнг = (�� × + ∑ ��нг) × =                                 
�� 2×g
8 2,282
= (0,026 × + 5,36) × = 2,18 м                  (3.90) 
0,072 2×9,81
 82 
 
Тоді зальні втрати напору (hвт, м) визначаємо (3.91): 
hвт = hвс + hнг = 1,23 + 2,18 =3,41 м                       (3.91) 
Для вибору насоса здійснемо наступні розрахунки: 
Знаходимо напір (Н, м) насоса за формулою (3.92): 
(р2−р1) (1−0,3)×106
Н = + ��г + ℎвт = + 4 + 3,41 = 79,6м     (3.92) 
��×g 972×9,81
де, р1 – тиск в апараті, з якого перекачується рідина, Па; 
р2 – тиск в апараті, в який подається рідина, Па. 
Визначимо корисну потужність насоса (Nп, кВт) (3.93): 
���� =  �� × g × �� × ℎ = 972 × 9,81 × 0,093 × 79,6 = 
= 7058,8 Вт ≈ 7кВт                                         (3.93) 
Приймаючи ККД передачі ηПЕР = 1 i ηн = 0,65 знайдемо потужність на 
валу двигуна (N, кВт) (3.94): 
�� 7
�� = �� =  ≈11кВт                            (3.94) 
��пер��н 1×0,65
Необхідним характеристикам більше всього відповідає відцентровий 
моноблочний насос марки X90/85, для якого Q = 0,025 м3/с, Н = 85 м, ηн = 
0,65. Наcоc забезпечений електродвигуном типу АО-2-91-2 потужніcтю Nн- 
75 кВт, ККД двигуна ηдв = 0,89. Частота обертання валу n = 48,3 с-1. 
 
 
  
 83 
 
ВИСНОВКИ 
 
 
1. В кваліфікаційній роботі магістра розроблено технологічну схему 
виробництва дрібнодисперсного активованого вугілля із деревинх відходів 
методом парогазової активації. Охарактеризовано сировину та допоміжні 
матеріали, обгрунтовано теоретичні основи парогазового методу 
активування. Наведено механізм та процесу, описано схему виробництва. 
2. Розраховано матеріальний та тепловий баланси процесу активування. 
3. Розраховано основний апарат – піч киплячого шару висотою 8,4 м і 
діаметром 3,8 м. Розраховано та вибрано насос з продуктивністю 0,025 м3/с. 
 
 
 84