- •Часть II. Заготовка и переработка лесохимического сырья
- •8. Технология переработки живицы
- •9. Сырье и технология канифольно-экстракционного производства
- •9.1. Характеристика сырья
- •9.2. Подбор площадей для заготовки пневого осмола
- •9.3. Способы заготовки пневого осмола
- •9.4. Лесохозяйственные требования к заготовке пневого осмола
- •9.5. Технология переработки осмола на канифольно-экстракционных заводах
- •10. Целлюлозное производство
- •11. Гидролизное производство
- •12. Пиролиз древесины
- •13. Углежжение
- •14. Смоло-скипидарное производство
- •15. Дегтекурение
- •16. Газификация древесины
- •17. Получение дубильных веществ
- •18. Технология заготовки и переработки древесной зелени
- •18.1. Заготовка древесной зелени
- •18.2. Применение свежей древесной зелени в качестве кормовых добавок в сельском хозяйстве
- •18.3. Сухие корма из древесной зелени
- •18.4. Химическая переработка древесной зелени
- •18.5. Производство пихтового масла
11. Гидролизное производство
Гидролизом называют процесс превращения нерастворимых в воде полисахаридов древесины (или другого растительного сырья) в растворимые фрагменты их молекул и моносахара. Гидролиз происходит при участии катализатора - разбавленной или концентрированной кислоты. В качестве сырья для гидролиза чаще всего используют технологическую щепу из отходов лесопиления и деревообработки.
Гидролиз с участием разбавленной до 0,5...0,7 % серной кислоты (основной способ) проводят в аппаратах емкостью от 18 до 160 м3. Щепу подают транспортером через верхнюю горловину аппарата. Одновременно подают серную кислоту, нагретую до 70...90°С, которая смачивает щепу и способствует ее уплотнению. После окончания загрузки горловину закрывают и содержимое аппарата нагревают до 130...150°С. Давление в аппарате поднимается до 0,7...0,9 МПа. В этих условиях гидролизуется и переходит в раствор основная часть легкогидролизуемых гемилцеллюлоз. Для гидролиза трудногидролизуемых гемилцеллюлоз и целлюлозы через верхнюю горловину аппарата непрерывно подают разбавленную кислоту, нагретую до 170...190°С, а снизу через фильтрующее устройство выводят в испаритель гидролизат. Гидролиз продолжается 1...3 ч под давлением 0,7.. .1,2 МПа. В конце процесса давление снижают и выдувают лигнин.
Гидролизат в испарителях частично испаряется и охлаждается до 130...140°С. Пары испарения содержат фурфурол, который отделяют и очищают до товарного продукта. Упаренный гидролизат нейтрализуют известковым молоком и аммиаком, добавляют минеральные вещества, очищают и охлаждают до 30.. .35°С, получая сусло.
Для сбраживания сусла в него добавляют дрожжи. При брожении происходит расщепление гексозных Сахаров на этиловый спирт и углекислый газ. Сброженное сусло, называемое бражкой, пропускают через сепаратор, где отделяют дрожжи. Часть из них направляют в бродильные чаны, а другую высушивают и используют в качестве кормовых добавок.
Этиловый спирт отгоняют в ректификационных аппаратах. Получаемый спирт-сырец подвергают дополнительной ректификации для отделения примеси метилового спирта. Гидролизный этиловый спирт используют для технических целей. Путем дополнительной очистки и ректификации его можно довести до пищевой кондиции.
Оставшаяся после отгонки спирта жидкость (гидролизную барду) используют для выращивания кормовых белковых дрожжей по технологии, аналогичной сульфитному способу (см. разд. 10).
Из 1 т абсолютно сухой древесной щепы можно получить 160... 180 л этилового спирта, 30...40 кг кормовых дрожжей, 25...30 кг жидкой углекислоты, 4.. .7 кг фурфурола, 300 кг технического лигнина.
12. Пиролиз древесины
Сырьем для термической переработки чаще всего служат специально заготовленные технологические дрова, а также древесные отходы. Выход лесохимических продуктов из древесины различных пород неодинаков. При пиролизе древесины твердолиственных пород (березы, дуба, бука, вяза, клена, граба, ильма, ясеня) выход уксусной кислоты и метилового спирта примерно в 2 раза больше, чем из древесины хвойных пород. Меньший выход уксусной кислоты дают дрова мягколиственных пород (осины, ольхи, липы, ивы) по сравнению с твердолиственными. Поэтому технологические дрова и отходы древесины твердолиственных пород относят к первой группе сырья, а мягколиственных - ко второй.
Пиролиз проводят в герметично закрытых аппаратах с наружным обогревом стенок горячими дымовыми газами. В другом типе аппаратов теплоноситель подают внутрь и древесина соприкасается с ним.
Различают четыре стадии термического разложения древесины:
Прогрев, сушка древесины с удалением воды при температуре до 150°С.
Начало распада древесины и изменение ее химического состава при температуре от 150 до 270 °С. В этой стадии выделяются углекислота, оксид углерода и начинается выделение уксусной кислоты и смолы. Процесс идет, как и первая стадия, за счет внешнего обогрева (эндотермически).
Активный распад древесины с выделением тепла (экзотермический процесс) при температуре 270...450 °С. Выделяются основные продукты разложения древесины (углеводороды, уксусная кислота, спирты, смола).
Прокаливание угля за счет внешнего обогрева до температуры 450...550 °С. Выделяются остатки жидких продуктов и большое количество газов.
Продукты термического разложения древесины - газообразные, жидкие и твердые - состоят из трех основных элементов: углерода, водорода и кислорода.
Более половины углерода, содержащегося в древесном сырье, остается в виде твердого остатка - древесного угля. Одним из основных потребителей угля является химическая промышленность, вырабатывающая различные виды активных и специальных углей. Древесный уголь требуется для получения сероуглерода, который в основном расходуется на производство искусственного шелка. В металлургической промышленности древесный уголь применяют в производстве алюминия, ферросплавов, для смазки в прокатных цехах. Расходуется уголь в производстве кристаллического кремния. В сельском хозяйстве активированный уголь добавляют в корм скоту и птице. Особенно ценен в кормовом рационе животных уголь из отходов лесозаготовок, содержащий золу, богатую фосфором, оксидом кальция и микроэлементами.
Конденсат, выделяющийся при пиролизе, известен под общим названием жижки, сырой жижки или подсмольной воды (более раннее название - сырой древесный уксус). Некоторые из нерастворимых в воде веществ способны растворяться в жижке, другие находятся в виде мельчайших взвешенных капелек. При отстаивании жижки образуется осадочная смола. Кроме осадочной в жижке содержатся растворимые смолы, которые выделяются в процессе последующей перегонки конденсата.
Обезвоженную осадочную смолу используют в качестве мягчителя резины, из смолы получают флотационные масла для цветной металлургии, антиокислитель, необходимый в производстве бензина.
Смолы перерабатывают путем перегонки с выделением пека и смоляных масел. Древесный пек служит крепителем формовочной глины в литейном производстве, пластификатором бетона в строительной индустрии. Из смоляных масел выделяют фенолы и получают синтетические продукты на основе фенолов. Фенолы необходимы для производства гербицидов, антисептиков, фенольного креолина. Последний используют при лечении овец и лошадей, а также для дезинфекции.
Из растворимых смол получают понизитель вязкости глинистых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин, производят дубитель кожевенного и мехового сырья.
Жижку, освобожденную от осадочной смолы, подвергают обесспир-товыванию на непрерывно действующих ректификационных аппаратах. В результате из жижки выделяются легко летучие компоненты: метиловый спирт, ацетон, метилацетат и некоторые другие. Эти растворители требуются в лакокрасочной, кожевенной, текстильной промышленности.
Обессмоленная и обесспиртованная жижка представляет собой в основном слабый водный раствор уксусной кислоты и ее гомологов, поэтому технология дальнейшей переработки направлена на выделение кислоты и очистку ее от примесей. Техническая уксусная кислота идет на выработку сложных зфиров (ацетатных растворителей) и солей (уксуснокислый натрий и др.), применяется в текстильной, кожевенной промышленности, для произвоства ацетилцеллюлозы, ацетатного шелка, красителей. Из очищенных фракций технической уксусной кислоты после повторной ректификации получают пищевую уксусную кислоту.