Лабораторная работа

«Методы испытания технологической щепы»

Цель работы: приобретение навыков определения параметров и качества технологической щепы

Конспект

Древесная щепа как продукт переработки круглых лесоматериалов в больших количествах производится и потребляется на целлюлозно- бумажных комбинатах (ЦБК). Так, только три ЦБК республики Карелия, в городах Кондопога, Питкяранта и Сегежа, могут ежегодно перерабатывать на древесные частицы регламентированных размеров (щепу) примерно три миллиона кубометров круглых лесоматериалов.

В настоящее время имеет место тенденция к росту объемов производства и потребления измельченной древесины не только в качестве сырья для получения целлюлозы, но и в качестве биотоплива [10].

В России технологический процесс производства щепы на ЦБК включает три основные операции:

1. окорку балансов;

2. измельчение в рубительной машине;

3. сортирование полученных древесных частиц по крупности.

Первая операция мало влияет на фракционный состав частиц, получаемых при измельчении древесного сырья. Её задачей является удаление коры из участия в последующих технологических операциях.

Наиболее сложной операцией при производстве щепы является измельчение окорённых балансов в рубительной машине. Неконтролируемость этого процесса, обусловленная конструкцией оборудования и вынужденностью использования балансов различных диаметров и длин, приводит к образованию древесных частиц, существенно различающихся размерами и формой. Только часть этих частиц отвечает требованиям, предъявляемым стандартом.

Вся дальнейшая переработка щепы построена таким образом, что будет технологически и экономически эффективна только в случае получения однородной по форме и размерам частиц щепы.

Таким образом, необходимым звеном в технологии подготовки щепы к дальнейшему использованию является её фракционирование (сортировка) по крупности частиц.

В настоящее время эта операция осуществляется на целлюлозно- бумажных комбинатах методом рассева на специальных установках (сортировках).

Большие объемы производства и потребления щепы, новые требования к качеству продукции, энергосбережению и рациональному природопользованию предопределяют актуальность исследований комплексной проблемы совершенствования технологии и модернизации оборудования не только для измельчения древесины, но также для очистки балансов от коры и для фракционирования щепы.

Щепа представляет собой сыпучий материал, частицы которого получены измельчением древесины до определенных размеров и формы. Направления использования щепы определяются в зависимости от её гранулометрического состава и от вида используемого древесного сырья.

По гранулометрическому составу различают щепу кондиционную (технологическую), крупной и мелкой фракций.

По породному составу различают щепу хвойных и лиственных пород, а также смешанную.

В свою очередь технологическая щепа, предназначенная для производства целлюлозы, разделяется на следующие группы (марки): Ц-1, Ц-2, и Ц-3. Щепа этих марок предназначена для производства сульфатной, сульфитной и бисульфитной целлюлозы, различных видов полуцеллюлозы и древесной массы, направляемых на изготовление различных видов бумаги и картона.

Направления использования технологической щепы в производстве приведены в таблице 1. Длина частиц щепы марок, указанных в таблице, должна быть 12–15 мм, толщина – не более 5 мм. Требования к щепе по содержанию в ней коры, гнили и минеральных включений представлены в таблице 2

Оборудование для окорки древесного сырья в производстве технологической щепы должно удовлетворять следующим требованиям:

• осуществлять чистую окорку лесоматериалов с наименьшими потерями древесины;

• окорять сырье различного гидротермического состояния – сухое, влажное, мерзлое;

• обрабатывать лесоматериалы различной формы и размеров с кривизной, остатками сучьев и закомелистостью.

В производстве технологической щепы на ЦБК наибольшее распространение получила групповая окорка лесоматериалов в корообдирочных барабанах. На качество окорки и количество потерь древесины, образующихся в ходе этого процесса, влияет большое количество технических и технологических параметров. После окорки балансы по конвейеру подаются для измельчения в рубительную машину.

В настоящее время для измельчения древесины в технологическую щепу применяются в основном дисковые рубительные машины.

Если для получения щепы используется нестандартное сырьё, то применяют барабанные рубительные машины. В барабанных рубительных машинах режущие ножи размещены на поверхности вращающегося барабана. При рубке эти ножи совершают круговые движения, врезаясь в древесину под разными углами наклона, зависящими от толщины перерабатываемой древесины. Вследствие этого полученная щепа обычно имеет неодинаковое направление среза и существенно неоднородна по фракционному составу

Оборудование для фракционирования древесной щепы по крупности частиц в настоящее время известно под названием «сортировки щепы». Термин «сортировка» имеет два значения: 1 – установка для разделения (сепарирования) материалов по размерно-качественным, весовым, объемным и другим признакам (наиболее известны механические, пневматические, гидравлические и магнитные сортировки); 2 – процесс фракционирования сыпучих материалов по критериям: крупности частиц, формы, плотности материала и так далее

Ход работы:

1. Отбор проб

Точечные пробы массой не менее 1 кг отбирают из транспортных средств на глубине не менее 20 см от верхнего уровня щепы или через равные промежутки времени в процессе равномерной погрузки или разгрузки транспортных средств. Допускается производить отбор щепы после разгрузки на приемную площадку. Щепу на ленточном транспортере отбирают путем пересечения потока всей ширины ленты транспортера через равные промежутки времени. Точечные пробы соединяют вместе, тщательно перемешивают и методом двукратного квартования сокращают до навески массой 2,0 - 2,5 кг и взвешивают с погрешностью не более 5 г.

2. Определение массовой доли коры и гнили в щепе

2.1. Аппаратура

Весы с погрешностью взвешивания не более 1 г.

2.2 Проведение испытаний

Из навески, приготовленной по п. 1, выбирают частицы, полностью состоящие из коры или гнили и щепу с частичным наличием коры и гнили. Кору и гниль отделяют от щепы, присоединяют к отобранной коре и гнили и взвешивают с погрешностью не более 1 г.

3. Обработка результатов

Массовую долю коры или гнили (X) в процентах вычисляют по формуле

где m1 - масса коры или гнили, г;

m - масса навески с корой и гнилью, г.

Результаты вычислений округляют до первого десятичного знака.

3. Определение массовой доли хвойных и лиственных пород древесины

3.1 Аппаратура и реактивы

Весы с погрешностью взвешивания не более 1 г.

Секундомер.

Стакан фарфоровый или стеклянный вместимостью 500 см3 по ГОСТ 1770-74.

Стакан из монель-металлической сетки или нержавеющей стали со сквозными отверстиями вместимостью 500 см3.

Пинцет.

Бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, 12 %-ный раствор.

Калий марганцовокислый по ГОСТ 20490-75, 1 %-ный раствор.

Аммиак по ГОСТ 3760-79, 1 %-ный раствор.

При отсутствии сетчатого стакана из монель-металлической сетки или нержавеющей стали допускается обработка пробы непосредственно в фарфоровом стакане.

3.2.Проведение испытаний

Отбирают 100 г щепы, оставшейся на сите анализатора с отверстиями диаметром 10 мм. Щепу помещают в стакан из монель-металлической сетки, который устанавливают в фарфоровый стакан и заливают 1 %-ным раствором марганцовокислого калия с таким расчетом, чтобы вся проба была покрыта раствором. Через 2 мин сетчатый стакан вынимают и промывают водой для удаления раствора. После этого пробу в течение 2 мин обрабатывают 12 %-ным раствором соляной кислоты и снова промывают. Затем щепу обрабатывают 1 %-ным раствором аммиака в течение 1 мин без промывки водой. Обработанная таким образом щепа лиственных пород приобретает пурпурно-красную окраску, а хвойных - желтую. После обработки щепу слегка отжимают фильтровальной бумагой, сортируют по цвету и взвешивают.

3.3.Обработка результатов

Массовую долю щепы лиственных пород (Х2) в процентах вычисляют по формуле

где m - масса щепы лиственных пород, г;

т1 - масса щепы хвойных пород, г.

Результаты вычислений округляют до первого десятичного знака.

Массовую долю щепы двойных пород (Х3) в процентах вычисляют по формуле

4.  Определение массовой доли минеральных примесей в щепе

4.1 Аппаратура и реактивы

Прибор для определения минеральных примесей (см. чертеж).

Весы с погрешностью взвешивания не более 0,01 г.

Воронка стеклянная по ГОСТ 25336-82.

Цилиндр мерный по ГОСТ 1770-74 вместимостью 100 см3.

Стаканы химические по ГОСТ 25336-82 вместимостью 150 и 50 м3.

Цинк хлористый по ГОСТ 4529-78 или насыщенный раствор любой соли плотностью 1,4 - 1,6 г/см3.

4.2. Проведение испытаний

Наличие минеральных примесей размером 3 мм и более в щепе определяют визуально. Из навески щепы, приготовленной в соответствии с п. 4.1.1, выбирают и взвешивают минеральные примеси размером 3 мм и более. Массовую долю минеральных примесей с размером менее 3 мм определяют с помощью прибора. Для этого 2 г высушенных до постоянной массы частиц щепы, прошедших через сито с отверстиями диаметром 5 мм при испытании по п. 4 - 3, помещают в цилиндр прибора, куда предварительно заливают 70 см3 раствора любой соли плотностью 1,4 - 1,6 г/см3. Содержание цилиндра перемешивают и дают отстояться суспензии. После отстаивания раствор с частицами щепы сливают в стакан через отверстие в нижней пластине. Через воронку с резиновой трубкой в другой стакан сливают раствор с минеральными примесями. Минеральные примеси переносят в воронку фильтром. Фильтрат отбрасывают, а фильтр с минеральными примесями после промывки горячей водой сушат в сушильном шкафу при температуре (105 ± 5) °С до постоянной массы и взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

4.3 Обработка результатов

Массовую долю минеральных примесей (Х4) в процентах определяют по формуле

,

где т - масса навески щепы по п. 4.1.1, г;

m1 - масса частиц минеральных примесей размером более 3 мм;

т2 - масса минеральных примесей в 2 г остатка на поддоне;

m3 - масса остатка на поддоне, определенная в соответствия с п. 4.3.

Результаты вычислений округляют до первого десятичного знака.

5. Наличие обугленных частиц и металлических включений определяют визуально. 

6. Определение массовой доли щепы с мятыми кромками

Из остатка на сите с отверстиями диаметром 20 мм при испытании щепы по п. 4.3 отбирают пробу массой 100 г и взвешивают с погрешностью не более 1 г. Визуально оценивают состояние кромок и производят разделение пробы на щепу с мятыми и немятыми кромками. Мятыми кромками считают кромки, обмятые по всей ширине щепы.

Массовую долю щепы с мятыми кромками (Х₅) в процентах вычисляют по формуле

где m₁ - масса щепы с мятыми кромками, г;

т₂ - масса щепы без мятых кромок, г.

Результаты вычислений округляют до целого числа.

ДРЕВЕСНЫЕ ОПИЛКИ КАК ХИМИЧЕСКИЕ РЕАГЕНТЫ

Литвиненко Р.Ю.

V Международная студенческая электронная научная конференция "студенческий научный форум 2014"

Древесина является арсеналом химических соединений – известно давно. Ее химический состав разнообразен, но основная масса приходится на целлюлозу (50%), лигнин (27 %) и гемицеллюлозу(30%).

Опилки древесные, являются отходами в виде мелких частиц получаемые при распиливании древесины, используются как сырьё в гидролизном производстве, при получении древесной муки, в качестве наполнителя, как топливо.

Древесные опилки, имеющие в своем составе такие достаточно устойчивые химические соединения как целлюлоза лигнин и гемицеллюлозу, превращаясь при определенных условиях в другие ценные продукты, проявляют при этих превращениях интересные химические свойства, по этой причине их можно рассматривать как химические реагенты.

ЦЕЛЛЮЛОЗА.

Ц еллюлоза (франц. cellulose, от лат. cellula, букв. комнатка, здесь - клетка), полисахарид - линейный-глюкан [полиглюкопиранозил-D-глюкопираноза] общей формулы [С6Н7О2(ОН)3]n. Один из наиболее распространенных биополимеров, входящий в состав клеточных (отсюда назв.) стенок растений и микроорганизмов (некоторые из них, а также отд. виды беспозвоночных - черви, древоточцы благодаря ферменту целлюлазе, расщепляющему целлюлозу, могут ее усваивать). Содержание целлюлозы (% по массе) в волокнах семян хлопчатника 95-98, лубяных 60-85, тканях древесины 40-44, низших растениях 10-25.

Физические свойства. Целлюлоза – волокнистое вещество. Она не плавится и не переходит в парообразное состояние: при нагревании примерно до 350оС целлюлоза разлагается – обугливается. Целлюлоза нерастворима ни в воде, ни в большинстве других неорганических и органических растворителях. 

Хорошо известно, что полигидроксильные соединения легко растворяются в воде. Нерастворимость целлюлозы объясняется тем, что ее волокна представляют собой как бы «пучки» расположенных параллельно нитевидных молекул, связанных множеством водородных связей, которые образуются в результате взаимодействия гидроксильных групп. Внутрь подобного «пучка» растворитель проникнуть не может, а следовательно, не происходит и отрыва молекул друг от друга. Растворителем целлюлозы является реактив Швейцера – раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует. Концентрированные кислоты (серная, фосфорная) и концентрированный раствор хлорида цинка также растворяют целлюлозу, но при этом происходит ее частичный распад (гидролиз), сопровождающийся уменьшением молекулярной массы.

Получение.

Образцом почти чистой целлюлозой является вата, полученная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содержится вместе с другими веществами. Наиболее распространенным методом получения целлюлозы в нашей стране является так называемый сульфитный. По этому методу измельченную древесину в присутствии раствора гидросульфита кальция Ca(HSO3)2 или гидросульфита натрия NaHSO3 нагревают в автоклавах при давлении 0,5–0,6 МПа и температуре 150о С. При этом все другие вещества разрушаются, а целлюлоза выделяется в сравнительно чистом виде. Ее промывают водой, сушат и направляют на дальнейшую переработку, большей частью на производство бумаги.

Применение.

Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Сначала применяли древесину как горючий и строительный материал; затем хлопковые, льняные и другие волокна стали использовать как текстильное сырье. Первые промышленные способы химической переработки древесины возникли в связи с развитием бумажной промышленности.

Целлюлоза применяется не только как сырье в бумажном производстве, но идет еще и на дальнейшую химическую переработку. Наибольшее значение имеют простые и сложные эфиры целлюлозы. Так, при действии на целлюлозу смесью азотных и серных кислот получают нитраты целлюлозы. Все они горючи и взрывчаты

ЛИГНИН.

Лигнин от лат. lignum - дерево, - сложный (сетчатый) ароматический природный полимер входящий в состав наземных растений, продукт биосинтеза. После целлюлозы, - лигнин самый распространенный полимер на земле, играющий важную роль в природном круговороте углерода. Возникновение лигнина в произошло в ходе эволюции при переходе растений от водного к наземному образу жизни для обеспечения жесткости и устойчивости стеблей и стволов (подобно хитину у членистоногих). Принято различать протолигнин, - лигнин содержащийся внутри растения в его естественной форме, и технические его формы, полученные извлечением из растительной ткани при помощи различнных физикохимических методов. Лигнин не изготавливают специально; он и его химически модифицированные формы являются отходами биохимического производства.