ГВЛ для стен — виды, длина и ширина, способы монтожа

Гипсоволокнистые листы — универсальный материал, идеально подходящий для выравнивания стен,изготовления перегородок и различных конструкций внутри помещений.

Выполненный из природного гипса и натуральной целлюлозы, абсолютно экологически чистый и безопасный для здоровья.

Дышащая структура листа обеспечивает оптимальную влажность, воздухообмени комфортный микроклимат в помещениях.

 

Рисунок 1. Стены облицованные ГВЛ. 

   

ТОП 3 лучших товаров по мнению покупателей

 

Виды и достоинства ГВЛ

Гипсоволокнистые листы — прессованный материал с гомогенной структурой.

В продаже имеется два вида гипсоволокнистых листов: ГВЛ и ГВЛВ.

Для облицовки стен и устройства перегородок жилых комнат подойдут обычные гипсоволокнистые листы — ГВЛ.

 

          

Рисунок 2. ГВЛ Knauf.

 

В помещениях с повышенной влажностью нужно применять листы влагостойкие — ГВЛВ.

Возможно применения влагостойких гипсоволокнистых листов в ванных, неотапливаемых и сырых подвалах, гаражах, производственных и складских зданиях.

Листы ГВЛ выпускаются с прямыми и фальцевыми кромками.

Листы с фальцами предназначены для обшивки стен, с прямыми кромками используются при устройстве сухих стяжек пола.

Стандартные размеры ГВЛ для стен, в миллиметрах:

• длина— 1500, 2000, 2500, 3000;
• ширина— 500, 1000, 1200;
• толщина ГВЛ — 10, 12, 15, 20;

Гипсоволокнистые листы значительно прочнее ГКЛ, за счет имеющихся в массе листа армирующих волокон целлюлозы, обладают множеством преимуществ:

• огнестойкий материал, не поддерживает горение;
• можно забивать гвозди и вкручивать шурупы;
• хорошо пилится ножовкой, болгаркой электрическим лобзиком, обрабатывается рубанком;
• не подвержен температурным расширениям;
• сокращает трудозатраты и сроки отделки;
• подходит под любые отделочные материалы;
• совместим со всеми видами клеев и шпаклевок;
• легко монтируются на деревянные и металлические каркасы, образую идеально ровную поверхность.

Недостатки ГВЛ:

• жесткие листы не подходят для облицовки криволинейных конструкций;
• высокая стоимость;
• большой вес, по сравнению с ГКЛ.

 

Способы монтажа

Гипсоволокнистые листы могут монтироваться на каркас из металлических профилей или деревянных брусков, а также непосредственно на стену, при помощи шпаклевки, монтажной пены или специальных клеевых смесей.

Металлический каркас превосходит дерево по многим техническим и эксплуатационным характеристикам:

• устойчив к внешним воздействиям, не поражается грибком, плесенью и вредителями;
• легко монтируется;
• не горит;
• не подвержен деформациям;
• прочен, надежен и долговечен.

Металлические профили подразделяются на направляющие и основные.

Горизонтальные направляющие профили маркируются буквами ПН. Это основа каркаса, к которой крепятся вертикальные основные стойки.

Основные стойки маркируются буквами ПС. На них навешиваются гипсоволокнистые листы.

 

Рисунок 3. Стоечный профиль вставлен в направляющий профиль.

 

Деревянный каркас дешевле металлического, но имеет ряд существенных недостатков:

• поражается вредителями и микроорганизмами:
• подвержен деформациям и усадкам:
• горюч.

Каркас нужен, для устройства утепления и звукоизоляции стен и перегородок, при значительных неровностях стен, для использования пространства для прокладки под обшивкой инженерных коммуникаций.

Бескаркасный метод монтажа ГВЛ применяется, если имеются незначительные неровности стен, до 50 миллиметров.

 

Монтаж ГВЛ на металлический каркас

До начала производства работ очищаем пол, стены и потолок от строительного мусора, грязи, возможных наплывов бетона или раствора.

Работы выполняются в следующей последовательности:

1.Разметка каркаса

Прежде чем приступить к монтажу профилей для облицовки стен или устройства перегородок из гипсоволокнистых листов по каркасу, необходимо выполнить горизонтальную и вертикальную разметку поверхностей стен и потолков, с нанесением линий монтажа профилей и точек крепления подвесов.

Рисунок 4. Разметка стены под обшивку ГКЛ.

 

Для этого используем лазерный уровень или строительный отвес и рулетку.

Линии наносим при помощи отбивочного шнура и карандаша.

1. Расстояние от профиля до стены определяем из расчета толщины утеплителя и расположения инженерных систем и ставим метки по углам. При помощи шнура и карандаша переносим метки на пол, отмечая горизонтальную линию. При помощи отвеса переносим линию на потолок. По полученным параллельным линиям будем монтировать основной горизонтальный профиль.
2. Места установки вертикальных опорных профилей определяем из расчета ширины листов и ставим метки по периметру помещений. Полученные отрезки разбиваем на участки по 400 – 600 миллиметров, получаем шаг установки вертикальных профилей.
3. Точки крепления горизонтальных перемычек и отвесов отмечаем, разбив вертикальные полосы на отрезки около 500 миллиметров.

 

Важно!

Разметку выполнять строго по уровню, чтобы избежать деформаций и образования трещин после завершения отделочных работ.

 

2.Монтаж каркаса

Верхние и нижние горизонтальные профили крепим к потолку на саморезы и дюбели, с интервалом около 50 сантиметров.

К стенам, по установленным отметкам крепим дистанционные кронштейны для установки вертикальных стоек, с шагом 50 — 100 сантиметров.

Нарезаем стоечные профили на отрезки, равные расстоянию от пола до потолка. Заводим верхние и нижние концы профилей в горизонтальные профили.

Вертикальные стойки крепим саморезами к боковым стенкам горизонтальных профилей и лапкам кронштейнов. Выступающие части лапок отгибаем или срезаем болгаркой.

 

Рисунок 5. Монтаж металлического оцинкованного каркаса.

 

Вертикальные стойки перевязываем горизонтальными перемычками под прямым углом, используя соединения «краб».

 

Важно!

Профили и подвесы крепите к стене через упругую демпферную уплотнительную ленту, гасящую вибрации и ударные шумы, нивелирующую мелкие неровности стен и потолков.

 

 

Рисунок 6. Приклеивание уплотнительной ленты.

 

3.Утепление и звукоизоляция

Между профилями укладываемминераловатный утеплитель на синтетическом связующем. Жесткие плиты устанавливаем в распор, а рулонный материал крепим с помощью дюбелей зонтиков или клея.

Утеплитель сверху закрываем пароизоляционной мембраной. Она защитит утеплитель от проникающей через ГКЛ из помещения влаги. В жилых комнатах можно обойтись без устройства пароизоляции.

 

Рисунок 7. Утепление и изоляция наружной стены.

 

На профиль клеим виброизолирующую пористую ленту.

4.Крепление гипсоволокнистых листов на металлический каркас

При покупке ГВЛ учитывайте высоту помещений, чтобы избежать поперечных стыков.

 

Важно!

До начала монтажа листы ГКЛ необходимо подержать в условиях, где будет производится монтаж, не менее четырех суток. Чтобы материал адаптировался к влажности и температуре помещения.

 

Начинать монтаж листов нужно от окна или двери.

ГВЛ выставляем строго по уровню, чтобы край листа располагался строго по осевой линии вертикального профиля. Стыковать листы можно только по стойкам профиля. Закрепляем саморезами, длиной 25 миллиметров, с шагом 20 сантиметров по периметру листа.

При двухслойной обшивке шаг саморезов крепления первого листа может составлять до 750 миллиметров.

Следующие листы крепим аналогично, делая зазор между листами 4-5 миллиметров.

Для крепления гипсокартона вокруг окна, устанавливаем лист на место и изнутри обводим периметр проема. При этом край листа должен быть удален от проема не менее, чем на 20 сантиметров.

По нанесенным линиям вырезаем проем и крепим лист на место.

При устройстве откосов из ГКЛ вырезаем элементы по размеру и крепим к каркасу.

 

Важно!

При вкручивании саморезов в ГКЛ, важно утапливать шляпки на 1-2 миллиметра. Для этого на шуруповерт лучше установить ограничитель.

 

При многослойной обшивке стен листы последующего слоя смещаем относительно первого не менее 400 миллиметров в горизонтальных стыках, и на шаг стоек в вертикальных стыках.

 

Рисунок 8. Схема раскладки ГВЛ в 2 слоя.

 

Для защиты наружных углов ГВЛ от механических повреждений, к углам крепим металлические перфорированные профили из оцинкованной стали.

 

 

Рисунок 9. Крепление оцинкованного перфорированного профиля.

 

Внутренние углы необходимо шпаклевать при помощи согнутой вдвое армирующей ленты.

После завершения облицовки, стыки саморезов, углы и швы между листами заделываем шпаклевкой. Для предотвращения растрескивания шпаклевки, предварительно проклеиваем швы армирующей лентой. Лучше использовать сетчатую ленту, серпянку, с нанесенным на тыльную сторону клеевым составом.

При использовании серпянки, клеем ее на швы между листами, а затем наносим шпаклевку.

 

Рисунок 10. Наклеивание серпянки на швы ГКЛ.

 

Бумажные или флизелиновые ленты клеим к заполненным шпаклевкой швам. Поверх ленты также наносим тонкий слой шпаклевки и разравниваем шпателем.

 

Рисунок 11. Наклейка армирующей ленты.

 

Высохшую шпаклевку шлифуем мелкой наждачной бумагой или специальной сеткой и при необходимости еще раз шпаклюем.

Снова шлифуем, удаляем пыль и грунтуем проникающим грунтовочным составом.

 

Облицовка деревянных стен

Облицевать деревянные стены можно по металлическому каркасу, деревянным рейкам или монтажной пене.

 

Рисунок 12. Облицовка деревянных стен ГВЛ по деревянной обрешетке.

 

Деревянная реечная обрешетка — лучший вариант для деревянного дома.Она незначительно уменьшает размер помещения, по сравнению с металлическим каркасом.

Для деревянного каркаса применяются бруски хвойных пород, обработанные антисептиками и антипиренами.

Для устройства каркаса перегородок подойдет брусок сечением 60х50 миллиметров, для облицовки стен без утепления достаточно сечения 25х40.

 

Рисунок 13. Облицовка деревянных стен ГВЛ по деревянной обрешетке.

 

Допускается бескаркасный метод деревянных стен из бруса.

 

Бескаркасный метод крепления ГВЛ

 

Чтобы определить возможность и вариант крепления листов непосредственно на стену, без устройства каркаса, нужно проверить криволинейность стен с помощью строительного отвеса и двухметровой рейки.

При кривизне стен более 50 миллиметров, крепление ГВЛ на клей не целесообразно. Такой метод крепления не подходит и для облицовки помещений, высотой более трех метров.

До начала работ выполняем подготовительные работы:

• очищаем поверхности стен от старых отделочных материалов, масляных загрязнений, грязи и пыли.
• заделываем трещины, пустоты и углубления ремонтными составами;
• поверхности стен пропитываем грунтовкой за два раза.

Для предотвращения попадания влаги на листы и предотвращения усадочных деформаций, оставляем технологические зазоры вверху и внизу стены, подкладывая внизу обрезки листов или деревянные бруски.

В качестве клея для ГВЛ можно использовать жидкие гвозди, шпаклевки, силиконовые герметики, плиточный клей или любые гипсовые и цементные смеси.

При креплении гипсоволокнистых листов на монтажную пену, желательно приобретать ее с минимальным коэффициентом расширения, а при наклейке листы сразу прочно зафиксировать.

Пористая структура ГВЛ отличается хорошей адгезией и обеспечивает надежное сцепление с любым вяжущим.

Установку листов на клей начинаем от угла помещения, прижимая листы по всей плоскости к стене и контролируя их вертикальность с помощью рейки и отвеса.

 

Рисунок 14. Бескаркасный метод крепления ГВЛ.

 

В зависимости от кривизны стен выбираем методы крепления:

1. При неровности стен более 20 миллиметров, на стены сначала закрепляем выравнивающие полосы из ГКЛ или ГВЛ, шириной не менее ста миллиметров, затем зубчатым шпателем ровными сплошными полосами наносим клей на листы в местах примыкания к выравнивающим направляющим.
2. При неровности до 20 миллиметров, клей наносим лепками на лист с интервалом 250 – 350 миллиметров. При этом на стену наносим опорные маяки из раствора по три-четыре марки в ряду, с расстоянием между рядами до 600 миллиметров.
3. При абсолютно ровных стенах клей наносим тонким сплошным слоем, разравнивая зубчатым шпателем.

 

Выбор способа облицовки зависит от материала стен, индивидуальных требований и финансовых возможностей.

Разные способы крепления позволяют добиться ровного, прочного основания под любую чистовую отделку. Важно, выполнить работу, строго соблюдая строительные нормы, правила и технологию монтажа.

Гипсоволокнистый лист: область применения и монтаж

Материалы на основе гипса получили достаточно широкое распространение при производстве различных отделочных работ. Перечень изделий множится каждый год. Зачастую рядовому пользователю сложно понять разницу в физико-технических свойствах между разновидностями. В этой статье мы рассмотрим особенности такого строительного материала, как гипсоволокнистый лист, его сферу применения и технологию монтажа.

Волокно или картон

Гипсоволокнистый лист изготавливается на основе гипса и древесных волокон (целлюлозы), сокращенно материал обозначается как ГВЛ. Часто его путают с другим похожим изделием – ГКЛ или гипсокартоном.

Гипсокартон на 6% состоит из плотного строительного картона, который покрывает гипсовый сердечник. Подробнее про ГКЛ читайте в статьях «Гипсокартон: интерьерные решения», «Гипсокартон: монтаж потолка».

Армирование листа ГВЛ с помощью целлюлозы (распущенной макулатуры) позволяет увеличить плотность и прочность материала. При этом по сравнению с гипсокартоном волокнистый материал обладает меньшей гибкостью, поэтому для фигурных декоративных элементов он используется реже. Подробнее остановимся на особенностях гипсоволокнистых листов.и

Преимущества ГВЛ

Листы из гипса и волокна обладают целым перечнем преимуществ, из-за которых их часто выбирают частные пользователи и крупные организации.

• Высокая износостойкость – материал обладает большей плотностью, чем ГКЛ, он лучше переносит механические воздействия. По этой причини гипсоволкнистый лист используется в качестве черновых напольных покрытий.

Применение ГВЛ для сухого напольного покрытия

• Экологически чистый материал не содержит вредных синтетических смол, поэтому абсолютно безопасен для человека.

Благодаря своей безвредности ГВЛ рекомендуется для использования в детских образовательных и оздоровительных учреждениях.

• Низкая теплопроводность обеспечивает качественную теплоизоляцию помещения.

От теплопроводности зависит скорость передачи тепла. Материалы с низкой теплопроводностью являются хорошими утеплителями.

• Звукоизоляционные свойства – ГВЛ листа заметно снижает уровень шума. Качество шумоизоляции зависит от толщины листа. При создании перегородок и обшивке стен часто прибегают к монтажу двух или трех слоев, это позволяет еще больше усилить звукоизоляционные свойства покрытия.
• Влагостойкость – материал не содержит картона, поэтому по сравнению с ГКЛ структура меньше подвержена размоканию и разрушению под действием влаги.
• Простота монтажа – ГКЛ легко режется и прикручивается с помощью обычных саморезов.
• Огнестойкость
  – материал отвечает высоким требованиям по показателям огнезащиты, поэтому его часто используют для обшивки помещений, к которым предъявляются повышенные требования с точки зрения огнестойкости (лифтовые холлы, лестничные клетки, коридоры, маршруты эвакуации в случае пожара).

По горючести материал относится к группе Г1 (слабогорючие), по воспламеняемости – В1 (трудновоспламеняемые) со слабой дымообразующей способностью (Д1).

Виды гипсоволокнистых листов

В зависимости от особенностей состава и конструкции листы подразделяются на виды.

• Обычные (ГВЛ) – не предназначены для использования в помещениях с влажным режимом.
• Влагостойкие (ГВЛВ) – поверхность листов обрабатывается гидрофобизатором, благодаря этому они могут использоваться во влажных помещениях. По ГОСТу показатель влагопоглощения ГВЛВ не должен превышать 1 кг на м.кв.

Прямолинейная кромка ГВЛ бывает фальцевой или прямой. Также отдельно выпускаются элементы пола, которые отличаются наличием фальца с двух сторон.

• Фальцевая кромка имеет обозначение ФК, на листах с лицевой стороны снимается часть верхнего слоя. Благодаря этому при стыковке листов друг с другом на швах образуется выемка, которая армируется и зашпаклевывается. Поверхность покрытия при этом получается ровной.

ГВЛ с фальцевой кромкой (ФК)

ГВЛ с прямой кромкой (ПК)

• Элемент пола (ЭП) используется при укладке напольного чернового покрытия. Деталь состоит из двух гипсоволокнистых влагостойких ПК листов. Слои соединяются со смещением, благодаря этому на двух кромках образуется фальц, который облегчает стыковку элементов пола.

Элемент пола применяется при сборке чернового покрытия методом сухой стяжки

Сфера применения

Гипсоволокнистые листы применяют для различных задач в жилых и хозяйственных помещениях.

• Создание перегородок позволяет разделить помещение на несколько небольших комнат. Этот прием часто используется в больших квартирах-студиях, чтобы отделить детскую или кухню. Каркас перегородки изготавливается из стального или деревянного профиля. Затем на обрешетку крепится ГВЛ ФК. Для этого цели используются листы толщиной 12,5 мм. Для придания конструкции прочности и повышенных звукоизоляционных свойств допускается укладка гипсоволокнистых листов в два слоя. Обрешетка покрывается с двух сторон, а внутрь укладывается слой утепляющего или звукоизоляционного материала.

Перегородка из ГВЛ листа

 

• Обшивка стен – материал может использоваться для выравнивания стен, крепление также производится на деревянную или профильную обрешутку. Рекомендуется использовать ГВЛ ФК или ГВЛВ ФК в зависимости от влажности помещения. Обшивка может сочетаться с утеплением. Внутри подвесной стены можно спрятать электропроводку и сантехнические трубы.

Обшивка стен гипсоволокнистыми листами с закладыванием внутрь слоя теплоизоляции

• Подвесной потолок крепится к перекрытиям на металлическую или деревянную обрешетку. Потолок не выполняет несущей функции, его основная задача заключается в создании ровной бесшовной поверхности под последующую финишную отделку. Чтобы обезопасить материал от протечек с верхних этажей, рекомендуется использовать влагостойкий ГВЛ толщиной 10 мм. При расположении электрической проводки на потолке листы помогают скрыть гофры, в которых проложены электрические кабели.

Потолочная обрешетка на прямых подвесах

Острые элементы обрешетки не должны соприкасаться с электрическими проводами.

• Отделка мансарды – потолок в мансардном помещении также может быть отделан с помощью ГВЛВ. Допускается однослойная или двухслойная конструкция покрытия. Под обрешетку укладывается изоляционная обшивка, крепление может производиться к стропильной системе.

Обшивка мансардного помещения с помощью листа ГВЛ

• Укладка чернового пола – ГВЛВ используется для создания сухой стяжки. Этот метод не рекомендуется использовать во влажных помещениях. В качестве утеплителя и звукоизоляции используется минеральная засыпка (перлит, керамзит или вермикулит). Такой способ стяжки позволяет произвести монтаж собственными силами, при этом по полу сразу можно ходить и укладывать чистовое покрытие.

Крепление элементов пола производится на саморезы и клей

Виды обрешеток: дерево или металлический профиль

Обрешетка под ГВЛ может изготавливаться из деревянных или металлических профилей.

Элементы профилей для обрешетки под ГВЛ

Создание обрешетки позволяет заложить внутрь обшивки или перегородки слои тепло- и звукоизоляции. Также обрешетка исправляет неровности основания, скрывает проводку и водопроводные трубы.

Деревянная обрешетка – изготавливается из брусков хвойных пород, дерево должно быть подготовлено соответствующим образом. Перед монтажом пиломатериалы покрывают антипиренами и антисептиками. При этом деревянную обрешетку все равно не рекомендуется использовать в местах, которые подвергаются воздействию влаги. Также дерево не обладает высокими огнеупорными свойствами даже после обработки антипиренами, поэтому в помещения с высокими требованиями огнезащиты рекомендуется использовать каркас из стальных профилей.

Деревянный брусок должен иметь влажность 12 – 20 %

Металлическая обрешетка – проста в сборке, не дает усадки, не подвержена гниению. Прочность зависит от толщины металла, наиболее надежными считаются профили с толщиной стали 75 и 100 мм. В зависимости от места размещения используются разные типы профилей: направляющий профиль (НП), потолочный профиль (ПП), стоечный профиль (СП).

Профили и крепежные элементы

Особенности монтажа

Рассмотрим основные этапы монтажа покрытия из ГВЛ. В зависимости от сферы применения последовательность операций может отличаться.

• Разметка – с этой процедуры начинается любой монтаж. С помощью вспомогательного оборудования (гидравлического, пузырькового или лазерного уровня) находится горизонталь и вертикаль комнаты. По ним определяется расположение будущей обрешетки или поверхности напольного покрытия.

Лазерный уровень делает визуальные отметки на стене по горизонтали и вертикали

Если в распоряжении имеется лазерный уровень это поможет существенно упростить процедуру по измерительным работам. При этом наличие этого прибора не говорит о том, что можно полностью отказаться от пузырькового уровня. Дополнительно использование нити-отбивки с краской упрощает нанесение разметки.

• Монтаж обрешетки начинается с закрепления направляющих профилей (НП), они устанавливаются по периметру будущего покрытия с помощью дюбель-гвоздей. Расстояние между крепежными элементами должно быть не более одного метра, но не меньше трех крепежей на один профиль.

Монтаж чернового пола методом сухой стяжки существенно отличается по технологии. Там не используется обрешетка – элементы пола укладываются на выравненную минеральную засыпку. Про сухую стяжку с помощью листов ГВЛ подробнее читайте в статье «Сухая стяжка своими руками: технология и этапы».

• После закрепления направляющих устанавливаются основные профили (стоечные или потолочные). Потолочные вешаются на прямые или анкерные подвесы. Между собой элементы обрешетки скрепляются с помощью саморезов или методом просечки с отгибом.

Метод просечки – альтернативный способ соединения профильной обрешетки. Он позволяет обойтись без саморезов, также при креплении просечке шляпки метизов не выступают и не давят на поверхность гипсоволокнистых листов. Просечка делается с помощью специального инструмента – просекателя. Просекатели могут просто пробивать металл, но для скрепления элементов каркаса потребуется инструмент, который пробивает материал и загибает его края.

• Раскройка ГВЛ производится с помощью электролобзика, торцовочной пилы или ножа для ГВЛ. Рез осуществляется по предварительно нанесенной разметке. Надрез делается на глубину 1 – 1,5 мм, затем лист укладывается на край стола или верстака и надламывается. Если лист не отделяется, то оставшуюся часть материала дорезают. Торец необходимо обработать рубанком. Для оформления стыков торцовых поверхностей делают фаски.

Разрез делается по линейке, по линии надреза несколько раз проводят ножом

Крепление осуществляется вразбежку, чтобы не образовывалось крестообразных швов. В качестве крепежных элементов используют саморезы. Расстояние от метиза до края листа должно составлять не менее 15 мм. В обрешетку саморез должен углубляться на 10 мм для стального профиля и на 20 мм для деревянного.

Самонарезающие винты закручиваются с помощью аккумуляторного шуруповерта. Расстояние между крепежами для однослойного покрытия не может быть меньше 25 см. Для двухслойных покрытий первый слой может иметь расстояние между крепежами 75 см, внешний слой – 25 см. У трехслойной — 75, 50 и 25 мм.

• Заделка швов – после завершения монтажа швы грунтуются и шпаклюются, сверху на шпаклевку наклеивают армирующую ленту. После высыхания, наносится финишный слой. Зашпаклеванные швы обрабатываются наждачной бумагой. Также шпаклевкой необходимо закрыть отверстия, оставшиеся после закручивания саморезов.

При использовании ГВЛ в помещениях, где возможно попадание воды на покрытие, необходимо обработать примыкания гидроизоляционной мастикой и изолировать их с помощью гидроизоляционной пленки.

Таким образом, ГВЛ листы являются универсальным отделочным материалом. Он обладает высокой влагостойкость и огнестойкостью. Материал прост в монтаже, его установка может быть осуществлена без привлечения бригады профессионалов.

GVL Производство с левулиновой кислотой

Левулиновая кислота (LA) считается одним из «10 лучших» строительных блоков для будущих биоперерабатывающих заводов, предложенных Министерством энергетики США. Это одна из наиболее важных молекул платформы для производства тонких химикатов и топлива благодаря ее совместимости с существующими процессами, рыночной экономике и промышленной способности служить платформой для синтеза важных производных. Гидрогенизация LA для получения γ-валеролактона (GVL) является активной областью исследований из-за возможности использования GVL в качестве самостоятельного биотоплива и для его последующего преобразования в углеводородное топливо. Эта статья содержит новую конструкцию простого, рентабельного и безопасного реактора гидрирования для преобразования левулиновой кислоты в γ-валеролактон (GVL) с использованием органической жидкости с высокой температурой кипения. Реактор гидрирования состоит из источника тепла — органической жидкости (называемой «DOWTHERM A» или «thermex») и каталитического реактора. Преимущества высококипящих жидкостей, а также достижения в технологиях гидрокрекинга и риформинга, обеспечиваемые нефтяной и газовой промышленностью, делают органическую концепцию более подходящей и безопасной (вода, вступающая в контакт с жидким металлом, хорошо известна в металлургической промышленности как опасность взрыва пара) для обогрева реактора гидрирования. В этой работе использовалось мультифизическое программное обеспечение COMSOL версии 4.3b, которое одновременно решает уравнения неразрывности, Навье-Стокса (поток жидкости), энергии (теплообмен) и диффузии с уравнениями кинетики химических реакций. Было показано, что тепловой поток, обеспечиваемый органической жидкостью DOWTHERM A, может обеспечить необходимый тепловой поток, необходимый для поддержания процесса гидрирования. Обнаружено уменьшение массовых долей водорода и левулиновой кислоты вдоль оси реактора. Массовая доля ГВЛ увеличивалась вдоль оси реактора.

биоочистительный завод левулиновая кислота (ЛК) реактор гидрирования γ-валеролактон (ГВЛ) альтернативные виды топлива CFD дифениловая смесь Уравнение Навье-Стокса уравнение энергии моделирование процесса катализ кинетика

1. Введение

Использование биомассы для производства топлива и химикатов стало важной темой исследований из-за растущей озабоченности по поводу истощения запасов ископаемого углерода и воздействия на окружающую среду (например, загрязнения воздуха) нашей постоянная зависимость от этих ресурсов ^[1] . Левулиновая кислота (LA) считается одним из «10 лучших строительных блоков» для будущих биоперерабатывающих заводов по предложению Министерства энергетики США ^[2] . Он считается одной из наиболее важных молекул платформы для производства тонких химикатов и топлива ^[3] на основании его совместимости с существующими процессами, рыночной экономики и промышленной способности служить платформой для синтеза важных производных. Гидрирование МА с получением γ-валеролактона (ГВЛ) является активной областью исследований в связи с возможностью использования ГВЛ в качестве биотоплива при его последующем преобразовании в углеводородное топливо ^[4] . ГВЛ считается устойчивой жидкостью, так как она возобновляема ^[5] . Он обладает рядом очень привлекательных физических и химических свойств ^[6] . Его давление паров удивительно низкое даже при повышенных температурах, и он не гидролизуется при нейтральном pH. ГВЛ является безопасным материалом для крупномасштабного применения и может быть использован для производства энергии путем добавления его в бензин ^[5] . Берецкий и др. показали, что GVL значительно снижает концентрацию CO, несгоревшего топлива и дыма в выхлопных газах. Уменьшение дыма было особенно заметным в свете совсем недавнего предположения, что черный углерод является вторым по значимости парниковым газом в атмосфере после двуокиси углерода 9.0011 [7] . Ликурси и др. ^[8] изучили и оптимизировали каскадную стратегию каталитической валоризации левулиновой кислоты. Их исследование проведено с использованием воды в качестве единственного растворителя реакции и гетерогенных коммерческих каталитических систем, которые являются более экономичными, доступными и воспроизводимыми. На рис. 1 показаны процессы преобразования LA в биотопливо GVL и GVL в биотопливо на основе 2-бутанола и 2-пентанола.

Рисунок 1. Превращение левулиновой кислоты в ГВЛ и левулиновой кислоты в 2-бутанол и 2-пентанол.

1.1. Катализаторы производственного процесса ГВЛ

Гидрирование LA в ГВЛ описано с использованием как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов ^[9] . Филиз и др. ^[10] изучал каталитическое гидрирование LA на рутениевых катализаторах, нанесенных на оксид циркония. Они подготовили четыре различных катализатора Ru/ZrO ₂ с различной предварительной обработкой и использовали разные циркониевые носители. Они обнаружили, что один из катализаторов дает выход более 99% ГВЛ в мягких условиях. Этот катализатор также был надежным и мог быть использован повторно не менее четырех раз без какой-либо потери активности или селективности. Было показано, что активность может быть связана с наличием мелких частиц рутения вместе с кислотными центрами на катализаторе ^[10] . На рис. 2 представлена ​​схема реактора гидрирования ЛА до ГВЛ.

 Рисунок 2. Схема процесса превращения левулиновой кислоты (ЛК) в γ-валеролактон (ГВЛ).

Фтуни и др. ^[11] сравнили стабильность различных нанесенных катализаторов на основе Ru в типичных условиях гидрирования LA в диоксане. Было показано, что Ru/ZrO ₂ работает лучше, чем Ru/C и Ru/TiO ₂ . Первые каталитические материалы показали высокую активность, селективность и стабильность при повторной переработке. Реакцию гидрирования исследовали при давлении водорода 30 бар и температуре 423 К в диоксане в качестве растворителя. Все катализаторы показали отличные выходы ГВЛ при использовании в свежем виде, но только Ru/ZrO 9Катализатор 0045 2 может поддерживать эти высокие выходы при многократном повторном использовании. Широко используемый катализатор Ru/TiO ₂ уже показал быстрые признаки дезактивации после первого каталитического испытания. Частичная дезактивация была обусловлена ​​частичным покрытием наночастиц Ru. Напротив, опора из диоксида циркония показала высокую морфологическую и структурную стабильность даже после пяти испытаний на переработку. В свежем катализаторе Ru/ZrO ₂ было обнаружено, что Ru полностью атомарно диспергирован на свежем катализаторе даже при содержании Ru 1 мас. %, при этом при рециркуляции наблюдается некоторый генезис наночастиц Ru. Дальнейшие исследования с Ru/ZrO 9Катализатор 0045 2 показал, что диоксан можно легко заменить более щадящими растворителями, в том числе самим ГВЛ. Добавление воды способствует селективной реакции гидрирования.

1.2. CFD-моделирование производства биотоплива

Wensel et al. ^{[12] Компания} выполнила компьютерное гидродинамическое моделирование (CFD) процесса биоочистки янтарной кислоты и побочного продукта. При моделировании CFD использовался метод конечных объемов (FVM). Моделирование включало кинетические, стехиометрические, массовые и энергетические уравнения баланса, чтобы моделировать влияние температуры на входе, скорости вращения крыльчатки, диаметра и расстояния между ними, температуры на входе и объема ферментера на площадь теплопередачи охлаждающей рубашки ферментера. Прогнозируемые концентрации растворенного диоксида углерода в ферментере хорошо согласовывались с указанными в литературе. Также учитывалось влияние скорости рециркуляции микрофильтрации, числа стадий микрофильтрации и диаметра частиц абсорбирующего сорбента на требования к размерам и энергопотребление. Урожаи и расчетные требования к объему и площади для операционных единиц были получены для базового процесса. Их работа представляет собой первую зарегистрированную модель процесса производства биоянтарной кислоты в промышленных масштабах. Горшкова и др. ^[13] выполнил трехфазную модель CFD для реакторов с орошаемым слоем. Их модель была расширена за счет включения реакций, переноса массы и переноса тепла. Неподвижный газ и жидкость внутри пористых частиц моделировались отдельно от объемной газовой и жидкой фаз, протекающих снаружи частиц с конвективным и диффузионным массообменом между внутренней и внешней жидкостями. Предполагалось, что каталитические реакции протекают внутри частиц катализатора. В данной работе моделировался процесс гидрирования октана (C ₈ H ₁₆ ) в реакторе Ni/Al ₂ O ₃ . Реакция сильно экзотермична, что приводит к испарению и конденсации компонентов. Все подмодели были реализованы в программе Fluent (версия 12.1). Были проведены численные тесты, чтобы показать, что модель CFD позволяет исследовать локальные изменения в реакторе, вызванные, например, осушкой слоя или эффектами неравномерной подачи жидкости.

2. Результаты и выводы

Предложена новая конструкция каталитического реактора гидрирования для превращения левулиновой кислоты в γ-валеролактон (ГВЛ) с использованием высококипящих органических жидкостей. Реактор гидрирования изготовлен из материала слоя катализатора. Принято, что радиус реактора 0,05 м, а высота реактора 0,4 м. Химическая реакция гидрирования происходила внутри каталитического реактора, где тепло подавалось через органическую жидкость для приведения в действие эндотермической реакционной системы. Тепловой поток подавался по внутреннему и внешнему радиусу реактора. Левулиновую кислоту и водород смешивали в стехиометрических количествах и вводили через вход реактора гидрирования. Эта модель исследует гидрирование LA до GVL. В этой работе использовалось мультифизическое программное обеспечение COMSOL версии 4.3b, которое одновременно решает уравнения непрерывности, Навье-Стокса (поток жидкости), энергии (теплообмен) и диффузии с помощью уравнений кинетики химических реакций. Численные результаты были получены для теплового потока 2730 (Вт/м²). Предполагается, что температура реагентов, поступающих в реактор гидрирования, составляла 200 °С. На рис. 3 показано трехмерное поле температуры внутри реактора гидрирования.

Рис. 3. Трехмерный график температурного поля реактора гидрирования.

Как видно на рисунке 1, температура в нижней части установки риформинга выше, чем температура в верхней части. Это связано с двумя причинами: во-первых, эндотермические реакции поглощают тепло, а во-вторых, теплопроводность раствора (левулиновой кислоты и водорода) имеет меньшее значение. Температура на внутренней и внешней поверхностях реактора была намного выше, чем температура внутри объема реактора, что связано с тем, что они подвергаются воздействию тепла, поступающего от органической жидкости. Более низкая теплопроводность привела к более высокому градиенту температуры поперек радиальной оси реактора. На рис. 4 показано трехмерное поле концентрации левулиновой кислоты внутри реактора гидрирования.

Рисунок 4. Трехмерный график поля концентрации левулиновой кислоты (ЛК).

На рис. 5 показано, что LA практически полностью конвертируется (100% конверсия). На рис. 3 показано трехмерное поле концентрации ГВЛ внутри реактора гидрирования.

 

Рис. 5. Трехмерный график поля концентрации γ-валеролактона (GVL).

На рис. 3 показано, что МА почти полностью трансформировалась в γ-валеролактон (ГВЛ). Концентрация ГВЛ в верхней части реактора гидрирования имела самые высокие значения. Тепло, переносимое DOWTHERM A и подаваемое в реактор гидрирования, может быть получено за счет использования солнечной энергии или других источников тепла, таких как горелка печи или солнечная энергия. станция. Водород, необходимый для реакции гидрирования, может быть получен с использованием системы парового риформинга метана. На рис. 6 показана предлагаемая система производства ГВЛ.

Рисунок 6. Предлагаемая система производства γ-валеролактона (GVL).

Расчетная модель для моделирования горелки ГВЛ была разработана с использованием программного обеспечения Fire Dynamics Simulator (FDS) версии 5.0. Моделирование FDS может предоставить много подробной информации о горелке GVL, включая локальную и переходную скорость газа, температуру газа, концентрацию частиц, температуру твердой стенки, скорость горения топлива, радиационный тепловой поток, конвективный тепловой поток и HRR. Температурное поле на t = 42,1 с показано на рис. 7.

Максимальная температура пламени ГВЛ, полученная при времени = 42,1 с, приближается к 570 °С.

 Модель подробно описана в следующем документе: https://doi. org/10.3390/chemengineering3020032

Молекула зеленой платформы гамма-валеролактон – экотоксичность, биоразлагаемость, свойства растворителя и потенциальные применения

Молекула зеленой платформы гамма-валеролактон – экотоксичность, биоразлагаемость, свойства растворителя и потенциальные применения†

Флориан Керкель, ^и Марта Маркевича, ^б Стефан Столте* ^б Ева Мюллер ^ca и Вернер Кунц* ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Институт физической и теоретической химии, Регенсбургский университет, 93053 Регенсбург, Германия
Электронная почта: Вернер. Кунц@ur.de

^б Институт химии воды Дрезденского технического университета, 01069 Дрезден, Германия
Электронная почта: [email protected]

^с SKH GmbH (Исследования и разработки), 94496 Ортенбург, Германия

Аннотация

На протяжении многих десятилетий гамма-валеролактон (ГВЛ) известен как превосходный растворитель, который сегодня можно изготовить из экологически чистых материалов. Хотя многочисленные публикации хвалят его как очень экологичный и универсальный, ГВЛ так и не достиг уровня крупносерийного промышленного продукта. Отсутствуют даже соответствующие данные о токсичности и биоразлагаемости. В данной работе мы приводим такие данные. Кроме того, мы проводим подробное исследование, основанное на параметрах растворимости Хансена (HSP) и расчетах COSMO-RS, для выявления вредных растворителей, которые потенциально могут быть заменены ГВЛ, и предлагаем различные варианты дальнейшего применения этого вещества. Испытания на токсичность с водными растениями, бактериями, беспозвоночными и клеточной линией позвоночных показали низкую острую токсичность ГВЛ по отношению к водным организмам. Кроме того, было показано, что ГВЛ легко поддается биологическому разложению, что еще больше усиливает его потенциал в качестве «зеленого» растворителя. Были предложены точные ГСП ГВЛ, которые использовались в дополнение к расчетам COSMO-RS для сравнения его растворяющих свойств с классическими органическими растворителями.