Лекция № (последняя лекция)
Темы: 1. Термическое разложение древесины.
2. Методы сокращения промышленных выбросов и их очистка.
1. Термическое разложение древесины.
Термическое разложение древесины называется пиролизом. Разные компоненты древесины подвергаются пиролизу в разных интервалах температур.
Гемицеллюлозы первыми подвергаются термической деструкции в интервале 170 – 260 °С, затем идет распад целлюлозы 240 – 350 °С, распад лигнина происходит в интервале 280 – 500 °С.
Гемицеллюлозы дают при разложении меньше смолы и больше газа, чем целлюлоза.
При термораспаде лигнина выше выход ароматических соединений, причем лигнин – главный компонент, на основе которого образуются высокомолекулярные смолы.
Считают, что пиролиз протекает по параллельным реакциям: одна из этих реакций – процесс дегидратации с образованием угля и малых молекул, другая – деполимеризации, которая приводит к образованию левоглюкозана и смолы.
Пиролиз растительного сырья основан на способности сложного комплекса органических соединений растительного сырья распадаться на более простые соединения без доступа воздуха при воздействии высокой температуры. В результате этого процесса получают твердые, жидкие и газообразные продукты. Процесс пиролиза растительного сырья осуществляется в специальных аппаратах (ретортах). Твердым продуктом процесса пиролиза является древесный уголь, который остается в реторте в виде твердого остатка после завершения пиролиза древесины. Жидкие и газообразные продукты выделяются совместно в виде сложной парогазовой смеси. Затем эта смесь идет на охлаждение и потом разделяется на жидкий конденсат и неконденсируемые газы.
Технологическая схема пиролиза древесины.
Газы – это сложная парогазовая смесь. При ее охлаждении в конденсаторах она разделяется на жидкий конденсат и неконденсируемые газы.
Жижка – при отстаивании жижка разделяется на 2 слоя: верхний водный слой (это отстоявшаяся жижка) и нижний – отстойная смола.
Выход продуктов пиролиза сильно колеблется в зависимости от величины кусков древесины, ее влажности. В среднем для обычных пород древесины выход составляет: угля – 30-35%, жижки – 45-50%, газов – 15-20%.
Основные товарные продукты пиролиза.
Основными продуктами пиролиза древесины являются древесный уголь, уксусная кислота, спиртовые продукты.
Древесный уголь.
При обычной температуре пиролиза 400 - 450°С уголь из ели, пихты, березы получают с содержанием углерода 80-81%
При температуре 500°С содержание углерода в угле повышается до 89%, а при 600°С – до 92%, при 1000°С – до 97%.
Основным потребителем угля является химическая промышленность, которая вырабатывает различные виды активированных углей. Она потребляет 1/3 производимого угля.
Около 25% угля идет на производство сероуглерода, который используют для выработки искусственного (вискозного) шелка. Примерно 25% угля потребляет металлургия для производства цветных металлов, ферросплавов и для смазки в прокатных печах.
Полупроводниковая техника потребляет древесный уголь для производства кристаллического кремния. Небольшое количество угля используется в сельском хозяйстве для добавки в корм птице и скоту.
Широко используется в технике высокая адсорбционная способность древесного угля. Эта активность объясняется пористостью угля (развиты поверхностные реакции). Так, пористость елового, березового, осинового древесного угля при плотности 271, 424 и 309 г/дм соответственно равна 85, 77 и 83%. Высокая адсорбционная способность древесного угля является причиной его частых самовозгораний. Это объясняется автоокислением угля на воздухе вследствие химического поглощения кислорода и быстрым повышением температуры. Самовозгоранию угля способствует высокое содержание в нем (до 30%) летучих веществ – продуктов пиролиза древесины. Для стабилизации угля против самовозгорания предложен способ его охлаждения воздухом в тонком слое и увлажнение перед погружением в вагоны.
В настоящее время спрос на древесный уголь постоянно растет, но промышленность пиролиза пока полностью не удовлетворяет потребность народного хозяйства в этом ценном продукте. Выпуск древесного угля у нас составляет примерно 200 тыс. тонн/год.
Из многочисленных способов переработки получаемого древесного угля наибольший интерес представляет активирование и брикетирование древесного угля.
Активированным древесным углем называется продукт, получаемый прокаливанием древесного угля в течение 45-60 минут парогазовой смесью с температурой 800-950° С. В этой парогазовой смеси активирующим началом является химически связанный кислород.
В результате такой обработки во много раз повышается пористость древесного угля и его поглощающая способность. Благодаря этому активированный уголь широко применяется для обесцвечивания жидкостей в спиртоводочном, сахарорафинадном и других производствах. Его применяют для поглощения паров растворителей из воздуха производственных помещений. Он является обязательной составной противогаза и других устройств очистки воздуха от вредных примесей.
Древесный уголь, особенно угольная мелочь, является малотранспортабельным материалом. При перевозке уголь сильно измельчается и теряется в виде пыли. Поэтому проводится брикетирование угля с применением связывающих веществ. В качестве связывающих веществ могут быть применимы полностью или частично растворенные в воде вещества (декстрин, крахмал, растворимая смола, сульфитно-спиртовая барда) и нерастворимые вещества (отстойная смола, древесно-смоляной пек и др.). Брикеты используют в кузнечном и литейном производстве.