ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Использование экстрактивных веществ древесины

Основными экстрактивными веществами древесины явля­ются смолистые вещества, дубильные вещества и камеди. При экстракции из древесины этих веществ строение и состав кле­точных стенок не претерпевают существенных изменений, вследствие чего проэкстрагированную древесину можно исполь­зовать для последующей переработки, как и натуральную.

Смолистые вещества. Находящиеся в смоляных ходах дре­весины хвойных пород смолистые вещества извлекаются из растущего дерева путем подсочки в виде живицы (см. главу 8) или же из срубленной древесины (преимущественно из сосно­вых пней) путем экстракции органическими растворителями или щелочами.

Вытекающая при ранениях соснового дерева живица пред­ставляет прозрачную смолистую жидкость с приятным сосно­вым запахом. В ее состав входят смоляные кислоты, нейтраль­ные вещества, терпеновые углеводороды. Вследствие испарения скипидара и кристаллизации смоляных кислот живица густеет, становится мутной, непрозрачной и вязкой, по внешнему виду напоминает засахарившийся мед. Она всегда содержит при­меси— сор и воду; при этом вода извлекает из сора водорас­творимые танниды, красящие и другие вещества, которые сме­шиваются со смолистыми веществами и загрязняют их. Очистка живицы и ее переработка на канифоль и скипидар осуществля­ется в канифольно-терпентинном производстве (см. главу 9).

В древесине срубленных деревьев, особенно в пневом осмоле (в пнях, простоявших в земле несколько лет после рубки де­ревьев), состав смолистых веществ существенно отличается от состава живицы. Кроме смоляных кислот и терпеновых углево­дородов, они содержат продукты их окисления (окисленные смоляные кислоты и терпеновые спирты), а также жирные кис­лоты. Извлечение смолистых веществ из осмола органическими растворителями (обычно бензином) и их переработка на кани­фоль и скипидар проходят в канифольно-экстракционном про­изводстве (см. главу 10).

Извлечение смолистых веществ из осмола может быть про­изведено также разбавленным раствором едкого натра. При этом смоляные кислоты омыляются щелочью и переходят в ще­лок в виде канифольного мыла, которое затем высаливается из раствора поваренной солью. Такой способ очень прост, не огнеопасен и ранее испытывался на некоторых заводах, но себя не оправдал вследствие крайне низкого качества про­дукции.

Омыление смолистых веществ щелочью происходит также в сульфатцеллюлозном производстве. Получаемое сульфатное мыло перерабатывается в цехах талловых продуктов целлю­лозно-бумажных предприятий (см. главу 11).

Дубильные вещества. Многие древесные растения содержат дубильные вещества в древесине или в коре; из них на ду­бильно-экстрактовых заводах получают водные вытяжки — ду­бильные экстракты.

Древесина дуба содержит 4—6 % дубильных веществ (тан - нидов), кора дуба и ивы 8—14, ели 7—12, лиственницы 8— 16 %. Кроме таннидов, в воде растворяются и недубильные ве­щества (нетанниды). Содержание таннидов в экстракте, выра­женное в процентах от массы сухого экстракта, называют его доброкачественностью. Доброкачественность дубового и лист­венничного экстракта равна 60—70 %, ивового и елового 50—60 %.

Для получения дубильных экстрактов сырье измельчают и экстрагируют горячей водой в батарее диффузоров (экстрак­торов) по принципу противотока. Полученный разбавленный сок очищают и упаривают под разрежением. Дубильные экст­ракты могут выпускаться трех видов — жидкие, тестообразные и твердые. Их используют в кожевенном производстве для пре­вращения необработанной шкуры животного в кожу, т. е. для придания ей гибкости, мягкости, стойкости против загнивания и против набухания в воде.

При экстракции дубовой древесины остается одубина с влажностью около 60%; ее используют для производства фурфурола или для переработки на картон. Еще более высо­кую влажность имеет проэкстрагированная кора. На ряде за­водов ее отжимают на прессах и используют в качестве топ­лива.

Камеди. Камедями называют полисахариды древесины, рас­творимые в воде. Лиственничная камедь имеет клеящие свой­ства и применима в текстильной, спичечной и полиграфической промышленности. Она может быть извлечена из древесины ли­ственницы, измельченной в мелкую щепу, горячей водой при 80 °С или же 0,2 %-ным раствором уксусной кислоты при 30 °С в батарее экстракторов. Выход камеди в зависимости от воз­раста деревьев и других условий, составляет 8—20%, в сред­нем 12 % от абсолютно сухой древесины.

Пиролиз древесины ведется либо на крупных предприятиях, где, как правило, вырабатывают древесный уголь, уксусную кислоту, ее производные, древесно-смоляные и другие продукты, либо на небольших установках, где древесный уголь чаще всего является единственным продуктом. Применяемые для пиролиза древесины аппараты подразделяются на периодически дейст­вующие, полунепрерывного действия и непрерывнодействующие.

В периодически действующих аппаратах цикл работы — за­грузка древесины, ее сушка, пиролиз, охлаждение угля и его выгрузка — периодически повторяется. Чтобы предприятие ра­ботало непрерывно, устанавливают несколько аппаратов, ста­дии процесса в которых не совпадают во времени: пока в одних аппаратах ведется загрузка древесины, в других идет сушка, в третьих — пиролиз и т. д.

В аппаратах полунепрерывного действия загрузку древесины и выгрузку угля производят периодически, через определенные промежутки времени, небольшими порциями, а отбор парога­зовой смеси — непрерывно. К таким аппаратам относятся угле - выжигательные печи системы В. Н. Козлова, вертикальные не­прерывнодействующие шахтные реторты и др. В промышлен­ной практике их обычно называют непрерывнодействующими аппаратами.

При использовании измельченной древесины (щепы, опилок) можно осуществить полностью непрерывный процесс, как, на­пример, в топках-генераторах.

По способу обогрева аппараты для пиролиза древесины под­разделяют на аппараты с наружным и с внутренним обогревом.

В аппаратах с наружным обогревом теплоноситель (горя­чие дымовые газы) нагревает металлические стенки реторт, а от них тепло передается древесине лучистым тепловым пото­ком, а также в результате естественной циркуляции парогазо­вой смеси внутри реторт, т. е. путем конвекции. Разложение древесины начинается в первую очередь около нагретых стенок реторты и из-за малой теплопроводности древесины идет не­равномерно.

В аппаратах с внутренним обогревом древесина соприкаса­ется с теплоносителем, принудительно подаваемым внутрь ап­парата, что создает искусственную циркуляцию, обеспечиваю­щую конвективный перенос тепла от теплоносителя непосред­ственно древесине. Теплоноситель можно применять твердый, жидкий и газообразный. На практике используют газообраз­ный теплоноситель. Внутренний обогрев позволяет поддержи­вать стабильный температурный режим в аппарате. Продукты разложения быстро выводятся током теплоносителя, поэтому выход их, в частности уксусной кислоты, выше, чем в аппара­тах с наружным обогревом, где часть продуктов разлагается при соприкосновении с перегретыми стенками аппарата. Однако концентрация продуктов разложения древесины в парогазовой смеси вследствие ее разбавления циркулирующим теплоноси­телем в аппаратах с внутренним обогревом меньше, чем в ап­паратах с наружным обогревом.