1.6. Гидролиз древесины. Лесохимия

Гидролизом из древесины получают этиловый спирт, глюкозу, кормовые дрожжи, фурфурол и др. Сырьем гидролизного производства являются опилки, мелкоизмельчекная древесина¹. В процессе гидролиза древесины происходит осахаривание клетчатки серной кислотой. На предприятиях этот процесс проводят в автоклавах, в которые подают сырье, серную кислоту и пар (рис.18). Под воздействием кислоты, повышенных температур и давления происходит разложение целлюлозы, гемицеллюлозы с образованием раствора простых сахаров, содержащего в твердом состоянии лигнин, и летучие вещества. Из гидролизного раствора отделяют твердую часть древесины - лигнин - побочный продукт, в испарителе выделяют пары метилового спирта, уксусной и муравьиной кислот, фурфурол*. В оставшемся растворе гашеной известью нейтрализуют серную кислоту. Образуется гипсовый шлам - побочный продукт и очищенные сахаристые вещества, которые сбражживают к бродильных чанах с выделением углекислого газа. Получают раствор бражки, содержащий 1,2-1,6 % этилового спирта. В ректификационных аппаратах из бражки выделяют этиловый спирт.

¹ В качестве сырья гидролизного производства могут быть кочерыжки кукурузы, отходы маслобойного производства, очистки хлопка, первичной переработки льна и др., которые служат основой территориального его комбинирования.

пар

древесина

кислота

гидролиз

гидролизат

охлаждение

нейтрализация

обезвоживание шлама

дрожжи

сбраживание

сжатие СО₂

сепарация

дрожжи

бражка

отгонка

спирта

Рис. 18. Схема комплексной переработки древесины методом гидролиза

Оставшаяся часть бражки образует барду, которую используют для производства кормовых дрожжей, как связывающее вещество в изготовлении литейных форм и др.

Из 1т опилок можно получить до 180 л этилового спирта - основного продукта и 40 кг кормовых дрожжей, 9 кг фурфурола. 3 кг метилового спирта, до 70 кг углекислого газа, 0,8 кг скипидара.

Кормовые дрожжи - один из наиболее ценных побочных продуктов. Это высококачественный белковый корм, содержащий аминокислоты, витамины и по питательности не уступает кормам животного происхождения, мясо-костной муке. Одна тонна кормовых дрожжей заменяет 3 т овса, а белок дрожжей лучше усваивается организмом животных, чем растительный белок зерна, жмыха. Фурфурол представляет маслянистую жидкость и применяют его для антисептической пропитки дерева, очистки нефти, растительных масел, в производстве пластмасс, синтетических красителей. На его основе вырабатывают лекарственные вещества от грибковых заболеваний в том числе фурацилин, гербициды. Значительная часть сырья образует гидролизный лигнин. После специальной обработки его возможно применять как аналогичный отход щелоков целлюлозного производства. Химической переработкой возможно получать активированный уголь, антисептические вещества. Практически лигнин складируют в отвалах вблизи заводов. Гидролизное производство в основном утилизирует отходы лесопиления и поэтому территориально комбинируется с крупными его центрами.

Лесохимия включает производства термического разложения древесины, канифоли и скипидара. Термическое разложение древесины проводят без доступа воздуха - сухая перегонка, в воздушной среде - газификация. Сухая перегонка древесины по сущности аналогична пиролизу угля. Древесину нагревают без доступа воздуха в специальных печах (ретортах) до 400-500°. Происходит обугливание и разложение древесины с выделением первоначально воды, метана, окиси углерода, а с повышением температуры образуются пары метилового спирта, смолы Летучие вещества конденсируют и получают водный раствор различных продуктов - подсмольную воду, нерастворимую смолу и газовый остаток. Твердая часть разложения древесины - уголь с низким содержанием зольных веществ, серы, фосфора Его применяют для получения высококачественных металлов, электродов, сероуглерода, черного пороха. Пористый древесный уголь называют активированным Один грамм такого угля имеет поверхность пор до 400 кв.м Его используют для поглощения вредных веществ, при отравлениях в медицине. Из подсмольной воды выделяют уксусную кислоту, метиловый (древесный) спирт. Древесная смола - вязкая жидкость, содержащая фенолы, органические кислоты и их производные. Она используется в производстве гербицидов, дубильных и поверхностно-активных веществ, лаков, красок, флотационных масел, синтетических смол, как консервант, антисептик древесины, канатов, кож_: литейный крепитель и в других целях. Для этого смолу разгоняют на фракции с выделением легких масел (креозотовое масло*), антиокислителя,* тяжелых масел, а остаток разгонки называют пеком. Пек применяют как крепитель литейных форм, водоотталкивающая добавка дорожного грунта. Качество угля, соотношение выхода основных продуктов зависит от породы древесины и условий технологического процесса. Так, термическим разложением сосновой древесины, насыщенной смолой, при температурах до 200° выделяют скипидар, а при повышении температур другие продукты. Из 1 куб.м древесины получают 140-180 кг угля, 280-400 кг жидкой фракции, 80-100 кг газов, в том числе до 30 кг уксусной кислоты, 30 кг метилового спирта, 15 кг скипидара и другие продукты.

Газификацию древесины осуществляют в газогенераторах для получения газообразного топлива и продуктов лесохимии. Сущность процесса аналогична газификации других видов топлива. Из древесины получают парогазовую смесь, содержащую органические кислоты, спирты, смолу. При определенных условиях до 60% сырья можно перевести в парогазовую фракцию, наполовину состоящую из смолы, которую, как и при сухой перегонке древесины возможно получать различные продукты.

Термическим разложением можно перерабатывать отходы древесины и таким образом использовать все части дерева в хозяйственных целях по аналогии с переработкой угля, сланцев, торфа.

Калифов и скипидар - вещества, получаемые из живицы*- смолистой жидкости подсочки хвойных пород или экстракции осмола*. При нарезке дерева смола под влиянием давления вытекает из ствола. Живицу собирают обычно летом методом подсочки (рис. 19). Для этого на стволе дерева удаляют кору и в древесине делают специальные надрезы. С одной сосны за сезон получают до 2 кг живицы, состоящей на 13-17% из скипидара и 62-65% из смоляных кислот. При переработке освобождают от воды, сора и нагревают паром. Отгоняют газовую часть - скипидар, а канифоль образует остаток.

Канифоль ползают из соснового осмола. Для этого осмол измельчают в щепу и проводят ее экстракцию бензином, спиртами, бензолом. Смолистые вещества растворяются. Выпариванием из раствора отгоняют скипидар, флотационное масло, а остаток представлен канифолью. Из 1 куб.м получают до 40 кг канифоли, 8 кг скипидара и 1,5 кг флотационного масла.

Канифоль применяют в производстве бумаги, мыла, лаков, красок, линолеума, кож, при пайке, лужении, пропитке обмоток электрических машин, кабеля, как электроизоляционное вещество Живичный скипидар имеет высокое качество и используется в медицине, при приготовлении лекарств, как растворитель лаков, красок, смол, жиров, сырье для производства камфоры.

Таким образом, процесс переработки древесины представлен рядом последовательных стадий; заготовка-лесопиление - производство конечной

продукции (мебель, строительные материалы, дома и др.). Важная особенность производственного процесса - использование различных методов воздействия на древесину (механических, химических, микробиологических). При этом, особенно на стадии механической обработки, до 3/4 древесных ресурсов образуют отходы. Поэтому в лесной промышленности актуальна проблема рационального применения в хозяйстве всей массы дерева, всех пород лесосечного фонда. Этому способствует комплексное использование древесины на основе сочетания различных методов ее переработки, увеличение выработки продукции из каждого кубического метра сырья, особенно древесных плит, картона, товаров лесохимии. Расчеты свидетельствуют, что 1 млн. куб.м ДВП заменяет 16 тыс. куб.м пиломатериалов, для производства которых необходимо заготовить 54 тыс.куб.м древесины, или срубить 25-30 тыс. хвойных деревьев, которые произрастают на площади 300 га. Следовательно, экономится древесина, и сохраняются леса как естественный компонент природы. Применение различных методов, существование отдельных стадий переработки древесины обусловливают функционирование отдельных леспромхозов, лесопильных, целлюлозных заводов, бумажных и картонных фабрик и др. Целесообразность использования всей древесной массы благоприятствуют сочетанию различных производств на определенной территории - комбинированию в лесной промышленности. При этом комбинированные производства имеют тесные производственные связи на основе последовательной переработки сырья и утилизации отходов. Таким образом, формируются предприятия комплексного типа с механической и химической переработкой древесины комбинаты - деревообрабатывающие, фанерно- спичечные, целлюлозно-бумажные и др. Наиболее широкое развитие комбинирование получило в лесопромышленных комплексах (ЛПК). Они имеют определенный лесной фонд, обеспечивающий комплекс сырьем на длительный период.¹ ЛПК как сочетание сырьевых производств размещаются в лесных районах. В их состав входят леспромхозы, лесопильные заводы, производства фанеры, изделий из древесины, древесных плит, целлюлозы, бумаги, картона, продукции лесохимии. Они объединены технологически, организационно и территориально. На крупных ЛПК ежегодно перерабатывают до 10 млн. куб. м древесины и выпускают разнообразную продукцию при высокой утилизации отходов. Это позволяет использовать древесину на 94% (Братский ЛПК). Экономическая эффективность повышается за счет снижения производственных, транспортных расходов,

¹Братскому ЛПК (Россия) отведены леса из расчета работы на 100 лет. При ежегодной рубке на 1/100 части лесного массива, через столетие на первом участке можно возобновить рубку древесины и сделать ее безграничной в разумных пределах пользования.

применения высокопроизводительного оборудования, лучшего использования достижений научно-технического прогресса. Как следствие, снижение трудоемкости производства, повышение производительности труда.