Технология переработки древесины. Технология переработки древесины на предприятиях лесохимической промышленности
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЛЕСОХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Древесина употребляется как строительный и поделочный материал, а также в качестве топлива и химического сырья. На переработку она обычно поступает в виде дров. Используются также древесные отходы (сучья, опилки, пни и др.), составляющие более 40% от общего количества заготовляемой древесины. Методами химической переработки древесины являются сухая перегонка и гидролиз. Обработкой древесины соответствующими растворителями получают целлюлозу. Из древесной смолы (дегтя) извлекают канифоль и скипидар. Древесина используется также для получения горючего генераторного газа, в частности в транспортных генераторах, питающих газом (вместо бензина) автомобили и тракторы. Состав и свойства древесины Действительная плотность древесины довольно постоянна и для всех пород дерева равна 1,51—1,56 т/м3. Кажущаяся плотность* зависит от сорта древесины, ее возраста и влажности. Так, для березы она равна 0,65, для ели—0,45 т/м3. Свежая древесина содержит до 60% влаги; ее теплотворная способность в абсолютно сухом состоянии примерно 5000 ккал/кг (21 Мдж/кг). * Действительная плотность—плотность сплошной массы чистого вещества, кажущаяся плотность—масса единицы объема данного вещества, включая поры, присутствующую в веществе влагу и различные примеси. Химический состав древесины очень сложен и для разных пород дерева неодинаков. Поэтому при переработке древесины разнообразных хвойных и лиственных пород получают различные продукты. Элементарный же состав древесины почти одинаков и округленно может быть принят следующим (в %):
Основными веществами, составляющими растительную ткань, являются полисахариды—целлюлоза (клетчатка) и гемицеллюлозы, а также лигнин. В сухой древесине содержится 30—50% целлюлозы. Минеральные вещества, образующие золу, распределены в дереве неравномерно: собственно в древесине их содержится 0,3—0,7%, в коре—до 3—3,5%. Целлюлоза имеет волокнистое строение, ее эмпирическая формула (C6H10O5)n, или [С6Н7О2(ОН)3]n. Целлюлоза нерастворима в воде и органических растворителях. Под действием минеральных кислот целлюлоза гидролизуется в сахара. Наличие в каждом глюкозном остатке C6H10O5 трех гидроксильных групп позволяет получать сложные эфиры целлюлозы, используемые для производства искусственного волокна, лаков, взрывчатых и других веществ. Гемицеллюлозы состоят из пентозанов (C5H8O4)n, преобладающих в лиственных породах древесины, и гексозанов (C6H10O5)n, преобладающих в хвойных породах. Содержание гемицеллюлоз в сухой древесине достигает 24—30%; они менее химически стойки, чем целлюлоза, и легче гидролизуются кислотами. Лигнин является важнейшей, после целлюлозы, составной частью древесины (содержание 25—30%). Строение лигнина окончательно еще не установлено. Известно, что он не является индивидуальным веществом, имеет ароматический характер и содержит метоксильные (CH3O), гидроксильные (ОН), ацетильные (CH3CO) и другие группы. Кроме перечисленных трех основных компонентов, на долю которых приходится около 96% состава сухой древесины, она содержит также смолы (из них выделяют канифоль и скипидар), дубильные и некоторые другие вещества. СУХАЯ ПЕРЕГОНКА ДРЕВЕСИНЫ Старейшим и наиболее распространенным способом химической переработки древесины является ее сухая перегонка. Она производится путем нагревания древесины в замкнутом пространстве, без доступа воздуха. При этом древесина разлагается на древесный уголь, остающийся в камере перегонки, и отгоняемые летучие продукты, состоящие из газов и паров, конденсирующихся при охлаждении. Образующийся конденсат разделяется на два слоя: водный (надсмольную или подсмольную воду), представляющий собой разбавленный раствор уксусной кислоты, метилового спирта, ацетона и других ценных продуктов, и деготь (осадочную смолу). Качество древесного угля, а также состав и выход летучих продуктов зависят от породы перерабатываемой древесины (табл. ) и условий сухой перегонки. Таблица . Основные продукты сухой перегонки хвойной и лиственной древесины (в %)
Примечание. Количество, недостающее до 100 %. приходится на долю растворимых •смол (около 8%) и других органических продуктов второстепенного значения. * До выделения СНзСООН и СНзОН. Если целью сухой перегонки древесины является только получение древесного угля, процесс называется углежжением. Собственно сухая перегонка древесины производится с улавливанием и использованием также летучих продуктов. Если же цель перегонки—только получение смолы н скипидара, процесс называют смолокурением. Печи для сухой перегонки древесины. Обычно применяются камерные печи периодического или непрерывного действия. Одной из более новых конструкций является канальная печь с циркуляционным обогревом, в которой древесина обогревается циркулирующими в печи горячими газами. В печах такого типа перерабатывается до 100 м3дров в сутки.  Рис. . Печь для сухой перегонки древесины: 1—камера сушки; 2—камера переугливания; 3— камера охлаждения; 4— тамбуры; 5—подогрева гель (рекуператор); 6—топка рекуператора; 7—установка улавливания; 8—газоход в камеру сушки; 9 - дымовая труба. Печь, показанная на рис. , состоит из длинного коридора, разделенного на камеру сушки 1, камеру переугливания (перегонки) 2 и камеру охлаждения 3. Камера сушки расположена отдельно, сама печь разделена на части тремя переходными тамбурами 4. Камеры сушки и переугливания — кирпичные, камера охлаждения на 2/3 ее длины выполнена из листовой стали. Дрова подаются в печь в вагонетках, передвигаемых в печи по рельсам специальным толкателем. Передвижку вагонеток производят через каждые 2,5—3 ч. Сначала из камеры охлаждения выводят одну вагонетку, все остальные вагонетки сдвигают и на освободившееся место подают через тамбур последнюю вагонетку из камеры переугливания, а взамен из камеры сушки подают вагонетку с чурками. В качестве греющего агента (теплоносителя), циркулирующего в печи, используют газ, образующийся при сухой перегонке древесины. Этот газ из камеры переугливания направляется в установку улавливания 7 (в смолоотделители и промыватели), где выделяются увлеченные газом деготь и надсмольная вода. Затем основная часть газа поступает для подогрева в рекуператор 5 и возвращается в камеру переугливания. Небольшая часть газа сжигается в топке 6 рекуператора, откуда топочные газы направляются по газоходу 8 в камеру сушки и в дымовую трубу 9. При нагревании до 100ºС из древесины удаляется влага. С повышением температуры от 150 до 270ºС постепенно усиливается выделение водяных паров и начинается образование двуокиси и окиси углерода и паров уксусной кислоты. Процесс протекает с поглощением тепла. Начиная от температуры 270—280ºС, сухая перегонка становится экзотермическим процессом. Вследствие выделения тепла реакции разложения древесины температура повышается до 380—400ºС, при этом начинают отгоняться деготь, метиловый спирт, уксусная кислота и газы, содержащие около 40% углеводородов, 5 % водорода и до 35% СО2. Имеются также печи для сухой перегонки щепы и других отходов переработки древесины. Продукты сухой перегонки древесины. Состав древесного угля: до 80% углерода, 4% водорода, до 16% кислорода и азота, 3— 5% влаги, 1 % золы. Древесный уголь применяется при выплавке некоторых сортов чугуна, в кузницах и литейных. Малая зольность, незначительное содержание фосфора и отсутствие серы в древесном угле позволяют выплавлять на нем металл особо высокого качества. Путем специальной обработки (например, паром) может быть получен пористый древесный уголь, так называемый активированный уголь, обладающий хорошей поглотительной способностью и применяемый для наполнения коробок противогазов и улавливания (адсорбции) паров летучих веществ в химических производствах. Летучие продукты перегонки, как указывалось, разделяются при охлаждении на деготь (осадочная смола) и водный конденсат. Из дегтя лиственных пород древесины получают медицинский препарат—креозот, масла, применяемые для флотационного обогащения руд, вещества для пропитки древесины и др. Из смолы древесины хвойных пород получают также скипидар. Водный конденсат содержит 4—9% уксусной кислоты и 2-3% метилового спирта. Их выделяют из конденсата порошковым н экстракционным способами. По первому способу надсмольная вода перегоняется из кубов. При этом в кубе остается «кубовая» смола, а пары, содержащие уксусную кислоту и метиловый спирт, пропускают через известковое молоко, связывающее уксусную кислоту по реакции: 2СН3СООН + Са(ОН)2 = (СН3СОО)2Са + 2Н2ОДалее конденсируются пары, содержащие только спирт, получаемый при этом спирт-сырец содержит 10% CH3OH. Концентрированный метиловый спирт получают перегонкой спирта-сырца. Раствор ацетата кальция фильтруют и упаривают, полученную соль сушат. Образуется так называемый древесный порошок, путем обработки которого серной кислотой получают уксусную кислоту: (СНзСОО)2Са + Н2SO4 = CaSO4 + 2СН3СООН Сухой перегонкой древесного порошка при 450°С можно получить ацетон: (СН3СОО)2Са = СаСОз + СН3СОOН Более совершенный и экономичный экстракционный способ извлечения уксусной кислоты заключается в обработке водного конденсата (после отгонки метилового спирта) серным эфиром или крезолами. Уксусная кислота, ацетон и метиловый спирт находят широкое применение в промышленности органического синтеза. Для получения из хвойной древесины канифоли и скипидара используют смолу живого дерева (живицу) или смолу старых пней хвойных деревьев, в которых накапливается до 30% смолистых веществ (так называемый пневой осмол). Для получения живицы на стволе дерева делают надрез (подсочка) и собирают вытекающую смолу. Смола из пневого осмола извлекается путем перегонки (смолокурение) или экстракцией. После очистки смолу разделяют перегонкой на легкокипящий скипидар и остающуюся в кубе канифоль, которую применяют в целлюлозной, лакокрасочной, мыловаренной, электротехнической и других отраслях промышленности. Скипидар употребляется как растворитель и для получения искусственной камфоры, используемой в производстве целлулоида и кинопленки. |