Дегтекуренное производство. Переработка древесной зелени. Углежжение

Правила заготовки и хранения бересты – сырья для дегтекуренного производства

Производство берестового дегтя, чаще называемое дегтекурение, является одним из старейших русских лесохимических производств. Возникло оно значительно раньше других видов сухой перегонки древесины.

Сырьем для производства дегтя служит береста. Согласно «Правил заготовки второстепенных лесных ресурсов и осуществления побочного лесопользования», заготовка бересты осуществляется только:

– со срубленных деревьев на лесосеках главного и промежуточного пользования;

– с сухостойных и валежных деревьев в течение всего года;

– с растущих деревьев в перестойных и спелых древостоях, предназначенных для рубок главного и промежуточного пользования, не более чем за два года до их рубки, за исключением деревьев, предназначенных для заготовки фанерного сырья и спецсортиментов в весенне-летний и осенний периоды.

Заготовка бересты с растущих деревьев должна осуществляться не более чем до половины общей высоты дерева без повреждения луба.

В зависимости от содержания луба береста делится на 3 сорта.

1 сорт (соковая) – без примеси луба, заготавливается с растущих и свежесрубленных деревьев, выход дегтя составляет 30–33% от веса воздушно-сухой бересты.

2 сорт – примесь луба составляет не более 20%, заготавливается с валежника и сухостоя, выход дегтя составляет 25-37%.

3 сорт – примесь луба более 50%, заготавливается путем ошкуривания лежалых дров, выход дегтя составляет 13–20%.

С 1 га березовых насаждений заготавливают от 2 до 5 т бересты. Средняя норма выработки на одного человека в день в среднем составляет 80–90 кг.

С одного м3 березовых кряжей и дров можно в среднем заготовить 10–12 кг бересты (с лубом). Дневная норма выработки составляет в среднем 100 кг.

Свежезаготовленная береста должна быть высушена перед переработкой естественным путем в лесу. Для этого береста укладывается в штабеля в сухих проветриваемых местах на прокладки из жердей. Влажность воздушно-сухой бересты колеблется в пределах 15–25%. Перед переработкой в казанах она должна быть спрессована в тюки по размерам аппарата, где будет осуществляться переработка.

Устройство и работа дегтекуренной установки казанного типа. Применение дегтя в отраслях народного хозяйства

Наиболее распространенной установкой для получения дегтя является установка казанного типа.

Камера разложения (казан) имеет вид прямоугольной металлической емкости размером 1,4 х 0,7 х 0,7 м из листовой стали 4–5 мм. Спереди имеется съемная крышка. В такой казан помещается 80–100 кг спрессованной бересты. Снаружи казан обмурован кирпичем, снизу имеется топка. Для охлаждения и конденсации парогазовой смеси имеется холодильник, для сбора и отстоя дегтя – сборник и отстойники.

Технологический процесс получения дегтя состоит в следующем. В казан загружают тюки спрессованной бересты так, что бы ее пластины располагались вертикально. Казан закрывают крышкой, которую обмазывают глиной для герметичности и разводят огонь в топке.

По мере повышения температуры начинается термическое разложение бересты с выделением парогазовой смеси, которая по отводному патрубку казана поступает в холодильник, где охлаждается и в виде конденсата поступает в сборник и отстойники.

Продолжительность циклооборота казана, включая загрузку, разогрев и разгрузку, составляет 24-30 часов, в том числе процесса гонки – 22–28 часов. Расход топлива (дров) 5–6 м3 на 1 т бересты.

Деготь представляет собой черную маслянистую жидкость с специфическим запахом, в его состав входят фенолы, органические кислоты, углеводороды. Широко применяется в кожевенной промышленности для жировки кож. В отличии от других жирующих материалов, деготь не только смягчает кожу, но и придает ей водостойкость и прочность. Кожа, обработанная чистым дегтем, носит название юфть.

Деготь применяют в фармацевтической промышленности, он входит в состав мазей, используется для лечения заболеваний кожи. Применяют деготь в ветеринарии. Используют для получения креозота, креолина и т.д.

Химический и фракционный состав древесной зелени. Заготовка, транспортировка и хранение хвойной лапки

Быстрый рост объемов потребления древесины и уменьшение лесосырьевых ресурсов ставит перед специалистами задачу комплексного использования древесного сырья, то есть всей биомасссы дерева, в тои числе кроны. По мере развития лесохимической промышленности становится все более очевидным, что по ценности сырья крона дерева не только не уступает, но и превосходит стволовую часть. В настоящее время налажена промышленная переработка древесной зелени с получением компонентов кормового и лечебно-профилактического значения.

В переработку, в основном, вовлекается древесная зелень хвойных пород – сосны и ели, которая представляет собой охвоенные ветви диаметром не более 0,8 см, заготовляемые со свежесрубленных деревьев. В соответствии с ГОСТ 21769-76 "Зелень древесная хвойная. Технические условия" древесная зелень должна удовлетворять следующим требованиям. Цвет древесной зелени должен быть зеленым с оттенком, характерным для хвои данной породы. Допускается наличие побуревших и пожелтевших неодревесневших побегов и хвои, но не более 10%. Наличие плесени и загнивания не допускается.

Содержание хвои и неодревесневших побегов в древесной зелени должно быть не менее 60%, содержание одревесневших побегов – не более 30%, минеральных примесей – не более 0,2%, других органических примесей (листья, мох, лишайники) – не более 10%.

Химический состав древесной зелени зависит от породы, сезона заготовки, возраста дерева, почвенно-климатических и др. факторов.

В состав древесной зелени хвойных пород входят биологически активные вещества, макро- и микроэлементы, полисахариды, протеин, жиры, витамины (Е, К, тиамин, витамины группы В, С, которого в 6 раз больше, чем в апельсинах и лимонах).

Фракционный состав древесной зелени – это содержание в ней хвои, коры и древесины. Он зависит от толщины охвоенного побега. При стандартном диаметре побегов 0,8 см, масса хвои составляет в среднем 80%, коры – 11%, древесины – 9%.

Запасы технической зелени в Беларуси оцениваются примерно в 113 тыс. т. В еловом насаждении средней полноты на 1 м3 древесины можно получать с учетом потерь до 50 кг хвойной лапки. У сосны выход древесной зелени в 2 раза ниже.

Заготовка веток с деревьев ели и сосны осуществляется только со срубленных деревьев на лесосеках главного и промежуточного пользования.

Производятся она следующими: способами:

– отделение древесной зелени от сучьев при их обрубке на лесосеке или на верхнем складе и транспортировка к месту переработки;

– сбор сучьев на лесосеке или верхнем складе и транспортировка их к месту переработки с отделением зелени в местах переработки;

– отделение древесной зелени после механизированной обрубки сучьев на нижнем складе при вывозке хлыстов с кроной.

Хвойную лапку заготовляют круглый ход, но наиболее благо-приятным периодом является осень. Для транспортировки древесной зелени используют обычный автотранспорт повышенной проходимости.

Заготовленная древесная зелень должна сразу поступать в переработку, а при невозможности немедленной переработки ее хранят с соблюдением определенных правил. В летний период ее укладывают без уплотнения на настил из толстых ветвей без хвои рядами шириной и высотой 1-2 м и длиной 2-3 м с оставлением через каждый метр каналов для проветривания. Зелень на ветках, уложенных в кучи, летом может храниться 7 суток, при минусовой температуре – 30 суток. Зелень, отделенная от веток, хранится соответственно 3 и 15 суток.

Комплексная переработка древесной зелени

Древесную зелень можно перерабатывать промышленным способом с получением разнообразных продуктов, которые имеют кормовое и лечебно-профилактическое значение.

Технология производства хвойно-витаминной муки и эфирного масла на требует больших затрат и сложного оборудования, может быть освоена силами лесхоза. Поэтому более подробно остановимся на получении этих продуктов.

Технология производства хвойно-витаминной муки.

Витаминную муку вырабатывают на передвижных установках типа СХБП-0,1 и стационарных типа АВМ-0,65.

Суть технологии в том, что древесную зелень измельчают, сушат скоростными методами, размалывают в муку и затаривают в мешки.

Установка состоит их транспортера, по которому хвойная лапка подается в приемный люк дробилки, где происходит ее первичное измельчение. Затем из бункера сырой массы зелень поступает в сушилку барабанного типа, где в течение 10–15 сек. высушивается топочными газами, образовавшимися от сгорания дизельного топлива при температуре + 200–3000С. Высушенная зелень подается в дробилку (мельницу) молоткового типа и далее уже готовый продукт распределяется выгрузочным шнеком в бумажные, тканевые или полиэтиленовые непрозрачные мешки.

На выработку 1 т хвойно-витаминной муки требуется от 2,6 до 4 т хвойной лапки. Из 1 м3 заготавливаемой хвойной древесины фактически получают 5,0–7,5 кг хвойно-витаминной муки.

Производство эфирного масла

Эфирное масло получают преимущественно их пихтовой лапки, хотя можно получать и сосновое и еловое эфирное масло.

Сущность получения эфирного масла заключается в том, что через древесную зелень пропускается водяной пар, который увлекает за собой частички эфирного масла. Пары масла и воды направляются в холодильник, где конденсируются и поступают во флорентину.

Установка для получения эфирного масла из древесной зелени состоит из котла-парообразователя, парильного (перегонного) чана, решетки для загрузки лапки, холодильника, флорентины, приемника для масла и отстойников.

Из парообразователя (изготавливается из листовой стали) пар по трубке подается к парильному чану, который изготавливается из древесины хвойных пород. В нижней его части имеется решетка, куда загружается хвойная лапка, чан закрывается крышкой, снизу подается пар и начинается процесс отгонки масла, пары которого поступают в холодильник. Во флорентине (цилиндрический сосуд из листовой меди) идет разделение масла и воды.

Оборот установки составляет 16–17 часов. Окончание отгона определяется путем отбора пробы в стеклянный цилиндр: ели слой масла не более 1 мм, отгонку можно считать законченной. На выработку 1 т эфирного масла расходуется около 70 т хвойной лапки.

Комплексная переработка древесной зелени предусматривает полное использование всех составляющих ее компонентов. Вначале из древесной зелени экстрагируют органическими растворителями жирорастворимые вещества, а затем водой – водорастворимые вещества. Остаток после двух экстракций идет на приготовление древесной муки, которая используется в качестве наполнителя в производстве пластических масс. Схема комплексной переработки древесной зелени (хвойной лапки) приведена на рис.1.

Таким образом, из древесной зелени путем механической переработки можно получать хвойно-витаминную муку, экстрагированием паром – эфирное масло, экстрагированием горячей водой – хвойный лечебный экстракт. Бензином можно путем экстракции получить хвойный воск, каротиновую пасту, пинабин, бальзамическую пасту, хлорофиллин натрия, провитаминный концентрат.

Выход продуктов из 1 т древесной зелени сосны составляет (кг):

– хлорофиллина натрия – 0,15

– провитаминного концентрата – 12,0

– бальзамической пасты – 40,0

– хвойного воска – 3,0

– эфирного масла (легкое, среднее, тяжелое) – 10,0

– хвойного лечебного экстракта (жидкого 50%) – 150,0

– древесной муки – 250,0

Выход продуктов из 1 т древесной зелени ели составляет (кг):

– хлорофилло-каротиновой пасты – 75,0

– хвойного воска – 3,0

– эфирного масла (легкое, среднее, тяжелое) – 10,0

– хвойного лечебного экстракта (жидкого 50%) – 150,0

– древесной муки – 250,0

Комплексная переработка древесной зелени

Рис. 1. Комплексная переработка древесной зелени

Хвойно-витаминная мука.

Имеет зеленый или темно-зеленый цвет и специфический хвойный запах, влажность 8–12%. Содержание каротина не менее 60 мг/кг, сырой клетчатки не более 22%. Применяется как витаминный настой для корма животным, в качестве 3% добавки в рацион домашнему скоту и птице, как добавка в корм рыбам. В настое хвойно-витаминной муки протравливают семена для повышения всхожести и устойчивости к болезням (корневым гнилям, головне).

Эфирное масло (пихтовое).

Прозрачная жидкость от бесцветного до светло-желтого цвета с запахом хвои. Содержание наиболее ценного вещества – борнилацетата не менее 32%. Является сырьем для производства синтетической камфоры, применяется в парфюмерии, в производстве товаров бытового назначения, в медицине.

Хвойный лечебный экстракт.

Коричнево-черная жидкость с характерным запахом хвои. Хорошо растворима в воде, используется в лечебных и профилактических целях для лечения заболеваний центральной и периферической нервной системы и ревматизма.

Хвойный воск.

Светло-зеленый порошок с характерным запахом. Представляет смесь жирных кислот (70–80%), свободных жирных и смоляных кислот (15–20%), желтых пигментов. Применяют в косметических изделиях.

Хлорофилло-каротиновая паста.

Густая жидкость буровато-зеленого цвета, содержит жирорастворимые витамины, антимикробные и др. вещества. Хорошо смешивается с водой и используется в качестве лечебного средства в области санитарии и гигиены, благотоворительно влияет на кожу, укрепляет нервную систему, применяется в парфюмерии.

Пинабин.

Представляет собой 50 % -ный раствор тяжелой фракции эфирного масла сосны и ели в растительном масле (преимущественно оливковом). В его состав входят терпеновые спирты, сложные эфиры, терпены. Это прозрачная маслянистая жидкость желтого цвета. Пинабин – это лечебный препарат, эффективно применяемый при лечении почечных, желчнокаменных болезней, холецистита.

Бальзамическая паста.

Густая вязкая масса темно-зеленого цвета с запахом хвои. Содержит много хлорофилла и применяется в парфюмерно-косметических изделиях в качестве активного эмульгатора.

Хлорофиллин натрия.

Порошок черного цвета, растворимый в воде и спирте. Их 1 т технической зелени можно получить около 150 г этого препарата. Применяется в качестве биологической добавки в косметических изделиях и как лечебное средство в медицине.

Провитаминный концентрат.

Содержит фитол, стерины, каротин, витамин Е. Это густая маслянистая жидкость ярко оранжевого цвета с запахом хвои. Применяется в парфюмерно-косметических изделиях.

Типы установок и технология получения древесного угля. Получение активированного угля

Ежегодно в мире производят около 6,2 млн. т древесного угля (почти половина приходится на страны Южной Америки).

В настоящее время распространено печное углежжение. Углевыжигательные печи бывают стационарные и передвижные.

Стационарные печи используются на крупных лесохимических заводах. По принципу действия они подразделяются на печи периодического действия и непрерывного действия (циркуляционные реторты непрерывного действия).

Для переработки дров и древесных отходов в настоящее время у нас в республике применяются передвижные печи. Наиболее совершенной углевыжигательной печью периодического действия является печь УВП-4 (рис. 2).


Углевыжигательная печь УВП-4

Рис. 2. Углевыжигательная печь УВП-4

1 – камера углежжения; 2 – топка; 3 – дымовая труба; 4 – колосник; 5 – загрузочный люк; 6 – предохранительный клапан

Она состоит из цилиндрической камеры разложения, выносной топки и дымовой трубы. Предусмотрен так же механизм поворота камеры вокруг оси для облегчения загрузки дров и выгрузки угля.

Камера разложения имеет две стенки из металлических листов. Наверху имеются два загрузочных люка. Диаметр камеры 2 м. длина 3,1 м, объем загрузки – 7,5 скл. м3. Через газоход к камере присоединена топка. При повороте печи вокруг оси предусмотрена возможность отсоединения топки.

Работа печи осуществляется в следующей последовательности. Производится загрузка дров, обычно вручную. При этом один рабочий находится внутри и укладывает дрова, второй подает. Этим достигается более плотная укладка. Затем люки закрывают и обмазывают глиной. Топку разжигают, при этом продукты сгорания дров – топочные газы – поступают в камеру, где происходит сушка и пиролиз древесины. Дымовые газы и продукты разложения выходят через трубу. Поскольку на стенах камеры происходит конденсация смолы, для ее отвода предусмотрены сливные отверстия в дне камеры.

Признаком окончания процесса переугливания является цвет дыма из трубы: он из желто-бурого становится почти бесцветным с голубоватым оттенком. Затем печь герметизируют и оставляют остывать. Выгрузку угля производят путем поворота печи вокруг оси люками вниз. После выгрузки уголь оставляют остывать на воздухе, Если он будет возгораться, его заливают водой. Длительность цикла в среднем составляет 36 часов и зависит от влажности дров, их породы, размеров, наружной температуры воздуха. За один цикл получают 700–900 кг древесного угля. Печь обслуживает бригада из трех человек. Производительность такой печи достигает до 100–120 т угля в год. Вес печи без оси и колес 2,4 т.

Активированный уголь. Ежегодные объемы его производства в мире составляют около 200 тыс.т. Получают активированный уголь из березового древесного угля в активационных печах, куда под давлением подают пары воды и создают избыток СО2. При температуре + 9000С в течение часа происходит прокаливания угля, в нем образуется много пор. Выход конечного продукта около 50% от загружаемого угля.

Применение древесного угля в отраслях народного хозяйства

Древесный уголь широко используется в различных отраслях хозяйства.

Одним из основных потребителей является химическая промышленность, которая вырабатывает различные виды активированных, осветляющих и др. видов углей.

Используется древесный уголь при производстве искусственного волокна для получения сероуглерода.

Крупнейшим потребителем угля является металлургическая промышленность: выплавка чугуна специальных марок, получение ферросплавов, марганца, меди. Широко используют его в получении кристаллического кремния.

Применяют в приборостроении и полиграфическом производстве для шлифовки и полировки деталей и форм.

Используют в производстве дымного пороха, изготовлении электродов, твердых смазок, в кузнечном деле, как топливо, для бытовых целей. Уголь входит в кормовой рацион для крупного рогатого скота.

Березовый уголь, покрытый пленкой из углекислого бария, называется карбюризатором и применяется для цементации стальных деталей, т.е. для придания особой прочности поверхности металла.

Активированный уголь применяется в медицине, в противогазах, для очистки различных веществ в химической промышленности, а так же питьевой воды и сточных вод. Он используется для обесцвечивания жидкостей в спиртоводочном, сахарорафинадном и др. производствах.