Что получают из дерева при химической обработке
Обновлено: 18.09.2024
Большие объемы древесины подвергаются химической переработке. Сюда можно отнести: производство целлюлозы и продуктов из нее; термическую, гидролизную и экстракционную переработку древесины.
Производство бумаги имеет много общего с производством древесноволокнистых плит. Приготавливают путем измельчения целлюлозы и древесных отходов древесно-бумажную массу
в водной среде; вводят добавки — наполнители, проклейку, красители; отличают бумажную массу на непрерывно движущуюся сетку; обезвоживают; прессуют; сушат; сматывают в рулон. Процесс изготовления непрерывный. Скорость выхода бумажной ленты 750-1000 м/мин.
Получение эфиров целлюлозы. Их получают химической переработкой целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с кислотами образуются сложные эфиры% при взаимодействии со спиртами — простые эфиры. Наиболее распространены азотнокислые эфиры (нитроцеллюлоза), получаемые взаимодействием на целлюлозу азотной (и серной для связывания выделяющейся воды) кислот. При содержании азота (N2) в эфире 10,7-12,3% получается коллоксилин — исходный продукт для изготовления нитролаков, кино-, фотопленки, коллодия, целлулоида и других материалов; при содержании N2 12,4-13% получают пироксилин, бездымный порох, другие взрывчатые вещества.
Термическая переработка древесины заключается в нагреве древесины до температуры 400-500°С без доступа воздуха в печах периодического или непрерывного действия. В результате нагрева получают 32-38% древесного угля (используется в медицине, металлургии, при производстве пороха, кремния); 14-15: газа (топливо); 16-20% смолы (фенолы, растворители, скипидар, масла); 3-7% уксусной кислоты; 1-1,5% метилового спирта; 0,2-0,9% ацетона.
Гидролиз древесины осуществляется следующим образом. Смесь измельченных древесных отходов с разбавленной серной кислотой нагревают в котле (паром) до 180-190С. В результате гидролиза полисахариды древесины распадаются, образуя в растворе моносахариды, т.е. простые сахара, летучие вещества (метиловый спирт, уксусную и муравьиную кислоты) и твердый остаток — гидролизный лигнин. Раствор, содержащий сахар, выводят из котла, нейтрализуют (кислоту) известью, отделяют осадок и направляют в бродильный чан. В процессе брожения происходит микробиологическая переработка дрожжевыми бактериями сахара в спирт, в результате чего к концу процесса в растворе содержится 1,2-1,6% этилового спирта. Далее из раствора в ректификационном аппарате отгоняется спирт. Этиловый спирт — основное сырье для получения синтетического каучука, красителей, фотохимикатов, медикаментов, пластмасс.
Экстракция измельченной древесины ведется бензином, в котором растворяются вещества, содержащиеся в древесине, а затем из раствора отгоняются: бензин (возвращаемый в производство), скипидар, флотационное масло, остаток — канифоль. Для извлечения дубильных веществ из древесины и коры (дуба, ивы) экстракция делается горячей водой, которую затем выпаривают.
Химическая переработка древесины осуществляется по трем основным направлениям: термическое разложение древесины, целлюлозно-бумажное и гидролизное производство. Из древесины можно получать метиловый и этиловый спирты, уксусную кислоту, фенолы, фурфурол, канифоль, скипидар, камфору, дубители и др. Например, сейчас для синтеза этилового спирта используют содержащие целлюлозу отходы растительных материалов, при гидролизе которых расщепляется не только целлюлоза, но и другие сопутствующие ей полисахариды. [1]
Химическая переработка древесины в современную эпоху приобретает все большее значение в связи с проблемой использования отходов от лесозаготовок, деревообрабатывающих и других производств, использования маломерных сортиментов, а также неиспользовавшихся в прошлом древесных пород. Научные исследования, в том числе проведенные в СССР, показали возможность выгодного получения из древесных отходов при ступенчатом комплексном химическом использовании таких материалов, как фурфурол, фенолы, дубители, глюкоза, кормовые и пищевые дрожжи и многое другое. [2]
Химическая переработка древесины не ограничивается пи-рогенетическими методами. [3]
Химическая переработка древесины осуществляется по трем основным направлениям: термическое разложение древесины, целлюлозно-бумажное производство и гидролизное производство. Из древесины можно получать метиловый и этиловый спирты, уксусную кислоту, фенолы, фурфурол, канифоль и скипидар, камфору, дубители и др. Например, сейчас для синтеза этилового спирта используют содержащие целлюлозу отходы растительных материалов, при гидролизе которых расщепляется не только целлюлоза, но и другие сопутствующие ей полисахариды. [4]
Химическая переработка древесины имеет исключительно важное значение для рационального использования огромных лесных богатств нашей родины. [5]
Отходы химической переработки древесины образуются в двух основных производствах: гидролизном и целлюлозно-бумажном. [6]
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. [7]
Методы химической переработки древесины широко используют для утилизации древесных отходов. Наглядным примером служит производство бумаги: из 1 м3 реек и горбылей можно получить 0 9 м3 щепы для варки целлюлозы и далее изготовить примерно 220 кг бумаги. [8]
При химической переработке древесины в промышленных условиях в качестве побочных продуктов получают так называемые технические лигнины. К ним относятся щелочные лигнины - сульфатный ( тиолигнин) и натронный - лигносульфонаты и гидролизный лигнин. Это крупнотоннажные побочные продукты, утилизация которых имеет важное значение. [9]
В технологии химической переработки древесины с этими процессами приходится иметь дело при извлечении уксусной кислоты из паровой или парогазовой смеси. [10]
В настоящее время химическая переработка древесины используется в бумажной промышленности, в производстве целлюлозы, искусственного волокна, кинофотопленки. [11]
Цель другого способа химической переработки древесины , углежжения, - получение древесного угля. Наиболее широко распространено углежжение в печах стационарного и передвижного типов. Одной из наиболее известных является печь системы проф. Она состоит из камеры сушки, приемного тамбура ( шлюза), камеры обугливания ( то же - пиролиза. В камере сушки размещается 10 вагонеток по 10 5 м, заполненных нагруженными насыпью чурками длиной 200 мм. Дрова на сушке выдерживают 20 ч при 40 - 120 С. [12]
Старейшим и наиболее распространенным способом химической переработки древесины является сухая перегонка. Сухая перегонка производится путем нагревания древесины в замкнутом пространстве, без доступа кислорода воздуха. Древесина, обугливаясь, разлагается на древесный уголь, остающийся в камере перегонки, и отгоняемые летучие продукты, состоящие из газов и паров, конденсирующихся при охлаждении. [13]
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. [14]
Основными отраслями промышленности, занимающимися химической переработкой древесины , являются производство древесной целлюлозы, производство, связанное с сухой перегонкой, гидролизом и энергохимической переработкой, производство дубильных веществ, канифоли, скипидара и др. Из физико-механических методов широкое распространение получил метод изготовления древесно-стружечных и древесно-во-локнистых плит. [15]
Большие объемы древесины подвергаются химической обработке. Химическая обработка древесины делится на следущие виды: термическую, экстракционную, гидролизную переработку древесины, производство целлюлозы и продуктов из нее .
Производство бумаги чем то схоже с производством ДВП. Приготавливают путем измельчения древесных отходов и целлюлозы, древесно-бумажную массу в водной среде; вводят добавки — наполнители, проклейку, красители; затем на непрерывно движущуюся сетку отливают бумажную массу; обезвоживают; прессуют; сушат; сматывают в рулон. Процесс изготовления непрерывный. Скорость выхода бумажной ленты 750-1000м/мин.
Получение эфиров целлюлозы. Их получают химической обработкой целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы со спиртами образуются — простые эфиры, а при взаимодействии с кислотами сложные эфиры. Наиболее распространены азотнокислые эфиры (нитроцеллюлоза), получаемые взаимодействием на целлюлозу азотной (и серной для связывания выделяющейся воды) кислот. При содержании азота (М2) в эфире 10,5-12,3% получается коллоксилин — исходный продукт для изготовления целлулоида, нитролаков, коллодия, кино- , фотопленки и других материалов; при содержании N2 12,5-13% получают бездымный порох, пироксилин, другие взрывчатые вещества.
Вискозное волокно и ткани изготавливаются с применением уксусно-кислых эфиров целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с 17-20%-ным раствором едкого натра образуется щелочная целлюлоза. После измельчения и созревания на нее воздействуют сероуглеродом — получают ксантогенат целлюлозы, растворимый в слабом растворе едкого натри. Получившийся вязкий оранжевый раствор и есть вискоза. Затем под давлением ее продавливают через решетку с отверстиями (фильеры) в водный раствор серной кислоты. Волокна в растворе затвердевают, затем собираются в пучок — образуется нить искусственного шелка. После промывки, сушки и перемотки вискозная нить готова. При обработке целлюлозы смесью уксусного ангидрида и уксусной кислоты в присутствии катализаторов получается триацетат — исходное сырье для изготовления ацетатного шелка.
Термическая обработка древесины представляет из себя процесс нагрева древесины до температуры 400-500°С без доступа воздуха и печах периодического или непрерывного действия. В результате нагрева получают 33-39% древесного угля (который используется в металлургии, при производстве пороха, кремния, а так же в медицине); 13-15% газа (топливо); 3-8% уксусной кислоты; 15-20% смолы (фенолы, растворители, скипидар, масла); 1-1,5% метилового спирта; 0,2-0,9% ацетона.
Гидролиз древесины осуществляется следующим образом. Смесь измельченных древесных отходов с разбавленной серной кислотой нагревают в котле (паром) до 180-190°С. В результате гидролиза полисахариды древесины распадаются и образуя в растворе моносахариды, т. е. простые сахара, летучие вещества (метиловый спирт, уксусную и муравьиную кислоты) твердый остаток-гидролизный лигнин. Раствор, содержащий сахар, выводят из котла, нейтрализуют (кислоту) и отделяют осадок и направляют в бродильный чан. При брожении происходит микробиологическая переработка дрожжевыми бактериями сахара в спирт, в результате чего к концу процесса в растворе содержится 1,2-1,6% этилового спирта. Далее из раствора в ректификационном аппарате отгоняется спирт. Этиловый спирт — основное сырье для получения фотохимикатов, синтетического каучука, красителей, пластмасс, медикаментов.
Экстракция измельченной древесины ведется бензином в котором растворяются вещества, содержащиеся в древесине, а затем из раствора отгоняются: скипидар, флотационное масло, бензин (возвращаемый в производство), остаток — канифоль. Для извлечения дубильных веществ из древесины и коры (ивы, дуба) экстракция делается горячей водой, которую затем выпаривают.
Дерево было и остается одним из наиболее востребованных материалов, используемых человеком.
Трудно найти сферу деятельности, где не было бы места изделиям из него. В ходе деревообработки непременно образуются отходы, которые необходимо переработать или утилизировать.
Профессиональная переработка отходов древесины – прибыльный бизнес, который позволяет позаботиться об экологии и неплохо на этом заработать.
Не забудь поделиться с друзьями!
Виды отходов древесины
Современные технологии позволяют по максимуму использовать древесину, тем не менее без отходов обойтись просто невозможно. Они появляются на каждом этапе работы, начиная с вырубки леса и его разделки и заканчивая завершающей стадией обработки готового изделия. Основные отходы деревопереработки:
- листья или хвоя;
- кора дерева;
- пни с корневищем;
- опилки разных фракций;
- щепа и стружка.
Листву и мелкие ветви, оставшиеся после валки леса, часто оставляют гнить на земле, что является далеко не лучшим решением. Гниющая древесина – рассадник вредителей леса. В некоторых случаях подобные отходы сжигают, но это неэффективный способ утилизации. Горящая неочищенная древесина загрязняет атмосферу, а в случае жаркой ветреной погоды небольшой костер может стать причиной полномасштабного лесного пожара.
Гораздо более рациональным видится переработка отходов, в процессе которой из отбраковки можно получить ряд полезных материалов. Перечень того, что можно изготовить из остатков древесины, обширен, это различные виды топлива, плиты, химические вещества и, конечно же, обычная бумага.
Химическая переработка
Воздействуя на отходы древесины различными химическими соединениями, можно выделить вещества, входящие в его состав, и получить массу ценных промышленных материалов. Собственно, в этом и заключается химическая переработка древесины. Используя данный метод, можно изготовить различную продукцию, на этом базируется ряд технологических процессов:
- целлюлозно-бумажная промышленность;
- гидролиз древесины;
- перегонка методом пиролиза;
- производство канифоли и скипидара.
Химической переработкой древесины занимаются специализированные комбинаты, использующие сложное оборудование и технологии. Результатом же переработки является ряд самых различных материалов, начиная с бумаги и картона и заканчивая уксусной кислотой и сложными белковыми соединениями.
Особо стоит отметить производство бумаги. Целлюлоза – важнейшее, что может дать дерево человечеству. Бумага используется везде: это тетрадки для школьников, книги для любителей чтения, кроме всего прочего, бумага – самый надежный носитель информации. Использование в процессе производства этого полезного во всех отношениях продукта отходов древесины позволяет существенно экономить и рационально использовать лес.
Механические способы переработки
Гораздо более простой, но не менее полезной является механическая переработка. Метод заключается в том, что отходы измельчают, используя специальное оборудование. Переработку древесины в щепу считают самым простым и полезным способом превратить обрезки дерева в новый строительный материал, подготовить для транспортировки или последующей химической обработки.
Измельчение древесины не требует сложных технологий и может быть реализовано на даче или на приусадебном участке. В зависимости от объема работы это может быть утилизация обрезков, оставшихся от расчистки сада, или прибыльный бизнес. В любом случае до начала работы надо обзавестись измельчителем.
Существуют различные устройства для измельчения древесины. Они имеют свои конструктивные особенности, отличаются мощностью, производительностью, допустимыми параметрами отходов. Можно купить устройство с желаемыми характеристиками или сделать своими руками.
Виды измельчителей
Задача данного типа устройств – измельчение веток, горбыля, обрезков, древесины с серьезными дефектами для получения щепы заданного размера. Существуют устройства с горизонтальной и наклонной загрузкой. Исходя из конструктивных особенностей, можно выделить барабанные устройства, ножевые, дисковые, роторные.
Большинство моделей предназначено для стационарного использования, некоторые же (мобильные) могут использоваться непосредственно на участке вырубки леса.
Молотковые дробилки
Рабочий инструмент дробилки – несколько молотков, подвижно закрепленных на вращающемся диске. Дробилка измельчает путем нанесения серии ударов по материалу, подлежащему переработке. Благодаря энергии вращения тяжелых молотков удается разбивать не только отходы пилорамы, но и цельные стволы. Некоторые модели могут измельчить бревно толщиной до полуметра и более.
Использование молотковой дробилки в домашнем хозяйстве является оправданным благодаря таким достоинствам, как универсальность, неприхотливость и простота обслуживания, высокая мощность, полное отсутствие отходов.
Стоит также отметить высокое качество получаемой на выходе щепы, она может использоваться в любых технологических процессах без дополнительной обработки.
Ножевые дробилки (шредеры)
Шредер измельчает дерево вращающимися ножами, что позволяет получить на выходе щепу с точно заданными геометрическими параметрами. Данное устройство может работать не только с чистой древесиной, но и измельчать отходы строительства, в том числе изобилующие металлическими крепежными элементами. Различают вертикальный и горизонтальный тип шредера.
Шредер для того или иного производства выбирают исходя из перечня выполняемых им работ, объема отходов, которые необходимо переработать.
Изготовление топливных брикетов
Дерево хорошо горит, потому многие используют отходы древесины для изготовления топливных элементов. Отличные результаты дает брикетирование – прессовка опилок, щепы, веток в брикеты стандартного размера. Такое горючее идеально подходит для бытовых и промышленных твердотопливных котлов с автоматизированной подачей топлива.
Конечно, изготовить брикет с помощью одного только пресса в принципе невозможно. Брикет попросту развалится. Для соединения щепы в единое целое используют смолы или вяжущие компоненты из нефтепродуктов. Стоит также отметить, что зола, полученная в результате сгорания подобного топлива, сама по себе является продуктом переработки древесины. Это отличное удобрение.
Помимо брикетов, как правило, имеющих форму правильного параллелепипеда, многие модели котлов используют топливо мелкой фракции – гранулы. Они изготавливаются подобным способом. Основное достоинство гранул – регулируя подачу в топку, можно точно контролировать температуру котла.
Строительные материалы из отходов деревопереработки
Во все времена дерево рассматривалось как строительный материал, потому и неудивительно, что щепу и опилки используют для создания плит с разными характеристиками прочности. На современной стройке трудно обойтись без ОСП – ориентированно-стружечных плит. Они являют собой многослойный материал из клееной щепы. Характеризуются высокой прочностью и долговечностью. Для их изготовления используется крупная тонкая щепа, каждый слой которой укладывают перпендикулярно предыдущему.
Мелкие опилки используют для изготовления ДВП – древесно-волокнистой плиты. Подобное изделие незаменимо не только в строительстве, но и в мебельном производстве. Для тех же целей применяют ДСП – древесно-стружечную плиту. Она характеризуется высокой прочностью и простотой обработки.
Производство древесного угля
Пожалуй, лучшим способом утилизации древесных отходов является изготовление древесного угля. В результате пиролиза (сгорания в атмосфере без кислорода) можно создать топливо с достаточно высоким коэффициентом теплоотдачи. В первую очередь уголь используют в бытовых и промышленных котлах, но этим сфера его применения не ограничивается. Уголь применяют в медицине и в металлургической промышленности.
Выделяют три класса древесного угля.
А – изготавливается из веток и твердых отходов лиственных деревьев.
В – создается путем смешивания твердых и мягких отходов.
С – смесь твердых, мягких и хвойных пород.
Подготовленные отходы загружают в печи, в которых при температуре около 450 градусов происходит процесс пиролиза. В результате обработки древесина разделяется на три фракции: газ, жидкость и твердый остаток – древесный уголь.
Особенностью процесса пиролиза является тот факт, что каждая полученная фракция проходит дополнительную обработку и используется для тех или иных целей. Твердый уголь стабилизируется, охлаждается и расфасовывается в мешки и пакеты. Жидкий остаток сливают, он проходит несколько степеней переработки, благодаря чему получают метиловый спирт, альдегиды, уксусную кислоту. Не пропадает и газ, выделенный в процессе пиролиза. Химически это смесь различных горючих газов, в основном метана, в которой присутствуют примеси окисла углерода. Газ очищают и используют повторно для разогрева следующей порции отходов или для отопления помещений.
Переработка отходов древесины как бизнес
Деревообработка была и остается одной из наиболее востребованных отраслей хозяйственной деятельности человека. Большие объемы лесозаготовки гарантируют большое количество отходов, что позволяет взглянуть на глубокую переработку древесины не просто как на фактор заботы об окружающей среде, а как на хороший бизнес.
Переработка отходов – прибыльное и полезное дело. Этот бизнес актуален, как никакой другой, отличается низким уровнем конкуренции, гарантирует легкий поиск каналов сбыта.
Осилить переработку отходов сможет не только крупное производственное предприятие, это под силу и мелкому бизнесу. Доступность материала, широкий выбор направлений, простота сбыта готовой продукции – все это делает переработку древесины привлекательным делом. Все зависит от возможностей и желания. Можно производить топливные брикеты, уголь или плиты на древесной основе, а можно начать с малого – с простого измельчения отходов. Это не потребует больших капиталовложений, на подобную продукцию всегда найдется покупатель.
Современные технологии позволяют эффективно обрабатывать все виды древесины с целью получения качественного сырья для деревянного строительства, производства мебели и другого применения. Способы обработки древесины должны применяться с учетом дальнейших предназначений этого материала. Из древесины делают строительные материалы, элементы конструкции мостов, судов, вагонов, тару, шпалы, музыкальные инструменты, спортивный инвентарь, карандаши, спички, бумагу, картон, предметы обихода, игрушки, сувениры, химическое сырье и многое другое.
В данной статье мы рассмотрим следующие технологии и виды обработки древесины: механическая обработка древесины, химическая обработка, биологическая обработка.
Новые методы обработки исходной древесины позволяют существенно поднять качество сырья и надежно защитить дерево от гниения и поражения вредителями. Новые технологические процессы обработки обычной древесины сегодня направлены на расширение ассортимента получаемой продукции с сокращением отходов. Такой поход позволяет получить большее число готовых продуктов и снизить их себестоимость.
Универсальность дерева позволяет использовать его практически во всех отраслях промышленности и хозяйства, при этом это один из немногих возобновляемых ресурсов планеты.
Промышленные технологии обработки
Сегодня можно выделить три основных типа обработки древесины:
- биологическая обработка,
- химическая обработка,
- механическая обработка.
Механическая обработка древесины
Самым распространенным методом первичной обработки древесины является механическое воздействие с целью получения ценных лесоматериалов. В процессе такой обработки изменяется формы и размер исходного деревянного сырья.
При механической обработке происходит пиление, строгание, резание, фрезерование, дробление, изгибание, прессование древесины. В процессе работы оказывается физическое воздействие на заготовку с целью изменения ее формы. Технологи используют особое качество древесной структуры в виде ее способности делиться вдоль волокон. Механическая переработка древесины включает в себя изменение её формы посредством пиления, строгания, фрезерования, лущения, сверления, точения, резьбы, раскалывания и измельчения.
Древесина изначально имеет отличные механические характеристики:
- высокая прочность на изгиб;
- хорошая сопротивляемость ударным нагрузкам;
- высокая стойкость к вибрации;
- простота обработки;
- малый объемный вес;
- красивый внешний вид;
- уникальную природную декоративность;
- при правильной технологии обработки высокую долговечность;
- низкую теплопроводность;
- низкую стоимость обработки в промышленных масштабах;
- 100 процентную экологичность.
Обработанная механическим способом древесина используется дальше для изготовления строительных материалов, производства изделий из дерева, изготовления качественной мебели и предметов быта и обихода.
Деревообработку выполняют с помощью различных деревообрабатывающих инструментов и машин. Продукция деревообработки: материалы и полуфабрикаты – доски, бруски, фанера, древесные плиты; готовые изделия – деревянные конструкции и сооружения, обозные и бондарные изделия, мебель, музыкальные инструменты, спортивный инвентарь, канцелярские принадлежности, контейнеры, поддоны и др.
Отходы древесины при механической обработке используют в качестве сырья для изготовления плит и листов, наполнителя для строительных материалов. В результате дробления получается щепа разной фракции – от самой мелкой для ДВП и до крупной, служащей для изготовления древесно-ориентированных плит.
Химическая обработка древесины
Химические методы обработки древесины широко используются в химической промышленности, целлюлозно-бумажном производстве, в гидролизном производстве. Химическая обработка древесины предусматривает изменение вещества материала.
Из древесины химическим им методами получают: бумагу, целлюлозу, моносахариды, глюкозу, ксилозу, древесный уголь, спирты, кислоты, смолы, сырье для фармацевтики и парфюмерии.
Для получения ценного газообразного топлива их отходов древесины используется метод газификации древесины. Этот метод основан на процессе распада молекул древесины и превращении простых веществ в газ.
Биологическая обработка древесины
Биологическая обработка древесины сегодня используется для переработки отходов, полученных при производстве лесоматериалов или химического сырья. В результате биологической обработки можно получать ценные белки и дрожжи для кормления животных и сырье для микробиологического синтеза. В качестве исходного сырья для биологических методов обработки активно используются опилки, стружка и щепа.
Самым простым биологическим методом обработки является производство ценного удобрения — гумуса. В процессе такой переработки стружка, опилки и щепа и другие отходы деревообработки под воздействием бактерий разлагаются, образуя ценнейший продукт повышения плодородия почв.
Комплексное применение различных технологий обработки древесины, использование современных технологических решений позволяют получать широкий спектр продуктов из дерева от лесоматериалов и мебели до кислот, лаков, смол и удобрений.
Читайте также: