Характеристика осмольного сырья, способы его получения

Виды осмола

Основным объектом промышленной заготовки и переработки в лесном хозяйстве является древесина, обладающая уникальными свойствами. Однако в настоящее время расширяется применение древесины и других частей дерева в качестве ценного сырья для получения различных продуктов лесохимии.

Кроме живицы в лесу можно заготавливать такие виды лесохимического сырья как осмол для канифольно-экстракционного и смоло-скипидарного производства, бересту для дегтекурения, хвойную лапку для получения целого ряда ценных продуктов лечебного и косметологического направления и др.

Осмол – это естественно или искусственно просмоленная древесина, используемая в качестве сырья для получения смолистых веществ (канифоли). В зависимости от места нахождения и способа просмоления древесины различают следующие виды осмола.

Стволовый осмол – искусственно просмоленная стволовая древесина, путем нанесения растущему дереву специальных ранений в процессе осмолоподсочки. Смолистость такой древесины находится в пределах от 8 до 12% в пересчете на 20% –ную влажность древесины.

Карровый осмол - просмоленная древесина в зоне карр. Смолистость его достигает 40 %. С одного бревна карового осмола можно получить в размер 1–6% от его объема. При толщине просмоленного слоя до 2 см средняя масса щепок одного бревна равна 29 кг.

Колодниковый осмол (валежный) - комлевая часть ветровала, бурелома, длительное время пролежавшего на земле. В результате чего начинается процесс гниения, и остается более смолистая ядровая часть с содержанием смолистых веществ 8–15%.

Осмол из сухостоя (волочковый) – заготавливается при рубках главного пользования из комлевых частей сухостоя и верхушечной части стволов, пораженных раком-серянкой. Его смолистость 30 %.

Пневый осмол – Ядровая часть зрелого пня сосны, используемая для получения смолистых веществ, содержащих до 20 % смолистых веществ.

Технические требования на зрелый пневый осмол. Сортность пневого осмола

Основные требования на зрелый пневый осмол следующие. Он должен быть очищен от остатков почвы, гнили, заболонной древесины и обугленной древесины, разделен на куски без ответвлений с максимальными размерами 60 х 40 см. Содержание канифоли в 1 тонне осмола при влажности 20% должна быть не менее 130 кг (то есть смолистость не менее 13%). По степени смолистости осмол подразделяют на 3 сорта:

– жирный – не ниже 20%;

– средний – 16–20%;

– тощий – менее 16%.

Наиболее богата смолистыми веществами шейка корня – 29%. По мере удаления от шейки корня, в надземной и подземной частях пня смолистость снижается (в надземной части до 24–23% на высоте 20 см о корневой шейки, в подземной части до 10–6% на такой же глубине).

Процесс созревания, классы спелости, сырьевая база пневого осмола

Находясь длительное время в земле, пни гниют, причем в первую очередь сгнивает малосмолистая заболонь (смолистость ее сразу после рубки составляет 1,5–4,0%). Ядровая часть пня не разрушается, поскольку она больше смолистых веществ (после рубки смолистость ядра составляет 6–20%). Меняется соотношения заболонной и ядровой части: в свежем пне заболонь составляет 50 % массы, а в спелом отсутствует. Поскольку смолистость учитывается по общему весу пня, то происходит так называемое относительное увеличение смолистости пня.

В зависимости от сроков пребывания пней в почве различают следующие классы спелости пневого осмола:

I – свежий – до 5 лет после рубки, смолистость 9 – 12%;

II – приспевающий – до 10 лет после рубки, смолистость 12 – 16%;

III спелый – более 10 лет после рубки, смолистость до 20%.

Продолжительность созревания пня зависит от условий произрастания: на болотистой почве примерно 15 лет, на глинистой около 20 лет, а на песчаной до 25 лет.

Сырьевой базой пневого осмола являются невозобновившиеся вырубки и в молодняки естественного происхождения до двенадцатилетнего возраста.

Заготовка пней и корней запрещается:

в городских и противоэрозионных лесах;

в водоохранных зонах рек и водоемов;

на легко выветриваемых и размываемых участках земель лесного фонда;

опушках леса по границам с безлесными территориями;

участках лесного фонда с наличием животных и растений, относящихся к видам, занесенным в Красную книгу Республики Беларусь, или произрастающими на них реликтовыми и интродуцированными породами;

глухариных токах и в радиусе 300 метров вокруг них;

в лесных культурах;

в лесах, где полностью или частично запрещены в соответствии с законодательством Республики Беларусь рубки леса.

Правила и способы заготовки пневого осмола

Заготовка пней и корней должна осуществляться способами, не приводящими к гибели, сокращению численности либо нарушению среды обитания (произрастания) животных или растений.

На невозобновившихся вырубках и в молодняках из малоценных древесных пород, подлежащих замене в порядке реконструкции, допускается применение любых способов заготовки пней и корней, в том числе корчевателями бульдозерного типа.

В молодняках из хозяйственно-ценных древесных пород заготовка пней и корней может производиться взрывным способом или машинами с манипуляторами.

До начала работ представители лесхоза проводят учет подроста и молодняка хозяйственно ценных древесных пород путем закладки учетных площадок, полученные данные заносятся в лесной билет. После завершения работ по заготовке пней и корней в молодняках естественного происхождения доля погибших и поврежденных экземпляров хозяйственно ценных древесных пород в межкоридорных пространствах не должна превышать пять процентов от их первоначального количества.

Проход заготавливающих пни машин, а также трелевка пней и корней осуществляются только по технологическим коридорам, намечаемым до начала работ.

Технологические коридоры должны прокладываться в первую очередь по не покрытым лесом землям, с учетом наименьшего повреждения подроста и молодняка хозяйственно ценных древесных пород. При отсутствии не покрытых лесом земель технологические коридоры прокладываются через двадцать метров. Площадь, занимаемая под технологические коридоры, не должна превышать пятнадцать процентов разрабатываемого участка лесного фонда.

На каждый участок лесного фонда до получения лесного билета лесопользователями составляется технологическая карта, которая должны согласовываться с представителями лесхоза.

Лесопользователи, ведущие заготовку пней, должны заравнивать образовавшиеся ямы глубиной более тридцати сантиметров, производить укладку заготовленных пней и корней в местах, определенных технологической картой, а после их вывозки очищать эти места от коры и щепы.

Заготовка осмола может вестись двумя способами: взрывным и механизированным.

Взрывной способ заготовки осмола предполагает извлечение пня из земли силой взрыва и позволяет в значительной мере снизить потребность в рабочей силе. Он наиболее эффективен в условиях разбросанности сырьевых баз.

Достоинства взрывного способа: не требуется капвложений; низкая трудоемкость по сравнению с ручным способом; можно применять на участках любого рельефа и труднопроходимых для машин.

Недостатки взрывного способа заготовки осмола: очень низкий выход смолистой древесины; сложная организация взрывных работ; повышенная опасность при их выполнении, разброс сырья.

Технология заготовки осмола этим способом включает следующие виды работ:

– измерение диаметра пня;

– бурение шпуров;

– расчет величины заряда взрывчатого вещества (ВВ);

– патронирование ВВ;

– закладка ВВ и забойка шпура;

– взрыв;

–трелевку осмола;

– разделка и укладка осмола.

Бурение шпуров производится вручную, а также мотобуром МБП-2 или МИ-7. Шпур закладывается на расстоянии 15 – 35 см от пня под углом 40 – 45° к поверхности земли. Диаметр шпура примерно 10–12 см. Глубина его зависит от плотности почвы и в среднем составляет 1,5–2,0 диаметра пня. На скальных грунтах и в некоторых других случаях шпуры можно бурить и в древесине на глубину, равную диаметру пня (рис. 1.).

Корчевка корней взрывным способом

Рис.1. Корчевка корней взрывным способом.

а – закладка заряда под стержневой корень;

б – закладка заряда под центр пня;

в – закладка заряда в пень

Взрывчатым веществом является аммонит (смесь аммиачной селитры с тротилом и другими компонентами). На 1 см диаметра пня требуется 7–9 граммов ВВ.

При патронировании ВВ в плотную бумагу насыпают ВВ, вставляют капсюль-детонатор и огнепроводный шнур (при огневом способе взрывания) или электрический капсюль и электрошнур (при электрическом способе взрывания).

Основные виды работ при взрывном способе заготовки осмола выполняются специально подготовленными взрывниками.

Механизированный способ заготовки осмола по сравнению с взрывным является безопасным и в 3 – 4 раза более производительным. Для механизированного способа заготовки осмола создана система машин, обеспечивающих значительное повышение производительности труда и сохранность молодняков на облесившихся вырубках.

Технологический процесс машинной заготовки осмола включает следующие основные операции:

– извлечение пня из почвы;

– очистку пня от грунта и укладку на волок;

– трелевку пней;

– разделку и укладку (погрузку).

На корчевке пней используются машины с активными и пассивными корчующими органами. Корчевка пней корчевальными устройствами и пассивными рабочими органами осуществляется за счет тягового или толкающего усилия базового трактора. Корчевальные устройства с пассивными рабочими органами агрегатируются с тракторами ДТД-4 и др.

Более эффективными являются машины с активными рабочими органами. В последние годы было разработано несколько видов таких машин. На базе трактора ТДТ-55А серийно выпускается универсальный агрегат АКП-1 (рис. 2).

Агрегат для корчевки пней АКП–1

Рис. 2. Агрегат для корчевки пней АКП–1

Максимальный вылет стрелы 7,9 м. Максимальный диаметр корчуемого пня 80 см. Сменная производительность агрегата 25 м3.

Машина АКП-1 может выполнять несколько операций: корчевку, очистку от грунта, складывание осмола в кучи. Недостаток данной машины – малая мощность.

Более мощной корчующей погрузочно-транспортной машиной является агрегат КПТМ-1С на базе трактора ТТ-4. Машина универсальная, многооперационная.

На подвозке пней могут использоваться несколько видов специальных машин. Машина ТПО-МЛТИ, выпускается на базе трактора МТЗ или Т-40А. Она имеет погрузчик с ковшом и лебедку. Вместимость ковша около 1,5 м3 (рис.3).

Машина ТПО-МЛТИ

Рис. 3. Машина ТПО-МЛТИ

Агрегат ПЛ0-1А (ЛТ-181) выпускается на базе трактора ТДТ-55А (Рис. 4). Он имеет толкатель, манипулятор с захватом, самосвальный металлический кузов и дополнительное технологическое оборудование. Максимальный вылет манипулятора 4,7 м, вместимость кузова 10 м3

Агрегат ПЛ0-1А

Рис. 4. Агрегат ПЛ0-1А

На разделке пней довольно часто используются электрические и бензиномоторные пилы. В комплект оборудования к агрегату АКП-1 входит станок для разделки пней ЛО-60. Вместо захвата для корчевки пней на конец стрелы подвешивают клещевой захват для подачи пней в станок (рис. 5). Станок состоит из рамы на колесном ходу, ножевой головки, двух гидроцилиндров и подвижной траверсы с упорной плитой. Пень делится на 6 частей ножевой головкой, имеющей кольцевой и радиальные ножи (рис. 6).

Агрегат для разделки пней

Рис. 5. Агрегат для разделки пней.

1 – базовый трактор; 2 – колонка с механизмом поворота; 3 – стрела;

4 – рукоять; 5 – аутригеры; 6 – рама: 7 – захват;

8 – станок для разделки пней ЛО-60

Ножевая головка станка для разделки пней ЛО-60

Рис. 6. Ножевая головка станка для разделки пней ЛО-60.

1 – рама; 2 – кольцевой нож; 3 – радиальный нож

На вывозке пневого осмола с верхних складов требуются специальные транспортные средства с большим объемом кузова, так как плотность укладки осмола, и особенно неразделенного, незначительна. На базе автомобиля МАЗ-5430 создан модернизированный щеповоз ЛТ-7А. Вместимость кузова 37 м3. Кузов самосвальный.

На вывозке осмола применяется также автопоезд ТМ-12 на базе автомобиля МАЗ-509А. На полуприцепе имеются лебедка и гидроподъемник. В комплект автопоезда входят три сменных контейнера по 40 м3. Работа со съемными контейнерами позволяет значительно сокращать время на погрузку.

Устройство и работа Минской реторты

Смолоскипидарное производство, или как его раньше называли смолокурение – это разновидность сухой перегонки древесины или пиролиза. Процесс сухой перегонки древесины можно разделить на четыре стадии.

1). Сушка, это эндотермический процесс (с поглощением тепла), проходит при температуре + 100–2000С. На этом этапе происходит в основном отгонка скипидара и воды с небольшой примесью уксусной и муравьиной кислот.

2). Начало распада древесины, при температуре + 200–2800С идет отгонка канифольных масел (смоляных и жирных кислот), продолжает образовываться муравьиная и уксусная кислота.

3). Пиролиз – процесс экзотермический (с выделением большого количества тепла), идет при температуре + 280–3800С. Древесина интенсивно разлагается с образованием смолы, уксусной кислоты и неконденсируемых газов.

4). Прокаливание угля при температуре + 400–6000С, выделяются остатки смолы и газы.

Наиболее совершенной и крупной смолоскипидарной установкой является Минская реторта (рис. 7). Она состоит из следующих узлов:

– камеры разложения (собственно реторты);

– выносной топки;

– смоляной конденсационной системы;

– скипидарной конденсационной системы.

Схема расположения узлов Минской реторты

Рис. 7. Схема расположения узлов Минской реторты

1 – топка; 2 – камера разложения; 3 – вертикальный боровок;

4 – сухопарник; 5 – холодильник; 6 – флорентина;

7 – приемники смолы; 8 – смольник

Камера разложения – это вертикальный металлический циллиндр весом 2,5 тонны, с объемом загрузки 20 складочных м3 сырья – пневого осмола (Рис. 8). Вверху и внизу в боковой стенке имеются загрузочные люки. Снаружи реторта обмурована кирпичом таким образом, что межлду ретортой и кладкой имеется пространство для топочных газов. В обмуровке имеются окна для ускорения остывания реторты – воздушники (во время работы закладываются кирпичом). В дне реторты имеется отверстие для отвода тяжелых фракций смолы.

Топка располагается под ретортой и выложена огнеупорным кирпичом. Обогрев ведется дровами, на разложение 1 м3 осмола требуется 0,5–0,6 м3 дров.

Смольник – это прямоугольное углубление в земле, выложенное кирпичом, сверху закрытое крышкой и засыпанное землей. Здесь собираются тяжелые фракции смолы. Сухопарник представляет собой металлический или деревянный чан для осаждения легких фракций смолы. Сверху имеется патрубок, по которому отводятся пары воды и скипидара в холодильник.

Камера разложения Минской реторты

Рис. 8. Камера разложения Минской реторты.

1 – топка; 2 – дымовой канал; 3 – воздушник; 4 – обмуровка;

5 – дымоход; 6 – смоляной канал; 7 – задвижка; 8 – деревянный настил;

9 – верхний загрузочный люк.

Скипидарная конденсационная система представлена холодильником для конденсации паров скипидара и воды и флорентиной – накопителя-разделителя для отделения скипидара от воды.

Технологический процесс на реторте в общем виде состоит из следующих операций:

– загрузка сырья, которая осуществляется через нижние и верхние люки, затем люки закрываются, замуровывают глиной и разжигают топку;

– отгонка скипидара, которая длится 70-75 часов;

– отгонка смолы, которую начинают спустя 48–52 после начала отгонки скипидара, открывают задвижку на смоляном канале;

– прокалка угля, проводится после отгонки смолы, сжигают 1–2 загрузки дров в топке.

– охлаждение реторты происходит в течение 18–30 часов, затем уголь выгружают через нижний люк.

Основные технико-экономические показатели Минской реторты:

– длительность процесса – 99–111 часов;

– число оборотов в месяц – 6,5;

– выход продукции на 1 скл. м3: скипидара – 20 кг, смолы – 47 кг,

угля – 80 кг.

Характеристика и применение продуктов смолоскипидарного производства

Скипидар, полученный на смолоскипидарной установке очищают и применяют для тех же целей, что и живичный скипидар.

Сосновая смола представляет собой густую маслянистую жидкость темно-коричневого цвета, в ее состав входят смоляные и жирные кислоты – продукты разложения древесины и канифоли.

В натуральном виде смолу применяют для просмолки канатов, сетей, пакли, в качестве размягчителя в резиновой промышленности. Из смолы при ее переработке получают сотни разнообразных продуктов. Фенолы и фенолформальдегидные смолы используют для производства ДСП и ДВП, бекелитовых лаков, пластмасс.

Сосновая смола бывает трех марок:

А (галипот) – выпаренная;

Б – частично выпаренная;

В – сырая.