CC BY
26
--------------------------------------------- © А.И. Жигульская, 2004
УДК 662.641:634.0.332 А.И. Жигульская
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЕССМОЛИВАНИЯ ПНЕВОЙ ДРЕВЕСИНЫ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ
Семинар № 17
ш Ш од экстракцией (обессмоливанием)
.ж .Ж обычно понимают извлечение тех или иных веществ из их смеси при помощи растворителя, избирательно растворяющего одно или несколько веществ, с дальнейшим выделением растворенного вещества от растворителя. Экстракция твердого тела жидкостью является весьма распространенным процессом.
В основе процесса экстрагирования смолистых веществ органическим растворителем лежит явление диффузии. Сущность диффузии в данном процессе заключается в том, что растворы, имеющие разную концентрацию растворенного вещества, при соприкосновении будут проникать один в другой. Растворенное вещество будет проникать в окружающий растворитель с пониженной концентрацией растворенного вещества, что будет вызывать повышение его концентрации в окружающем растворителе. Растворитель будет проникать в раствор повышенной концентрации, вызывая переход в раствор новых порций экстрагируемого вещества.
Механизм процесса экстрагирования смолистых веществ сводится к следующему. Растворитель, проникая внутрь отдельных кусочков древесины, как через открытые концы волокон, так и непосредственно через клеточные стенки, растворяет смолистые вещества, находящиеся там, в результате чего внутри щепы образуется раствор, имеющий более или менее высокую концентрацию.
Наиболее перспективным направлением использования древесины торфяных залежей следует считать получение материалов, не связанных с нарушением ее микроструктуры и химического состава: арболит, топливные брикеты из мелкофракционных отходов древесины при производстве арболита, плитные материалы, волокнистая масса для торфяных полых горшочков.
Первые исследования по определению механических свойств древесных включений торфяных залежей провел И.Ф. Ларгин [1]. При изуче-
нии зависимости предела прочности при сжатии и изгибе от влажности установлено, что при высыхании древесины пней и стволов сосны до влажности 25 % происходит медленное увеличение ее прочности и резкое при дальнейшем уменьшении влажности.
В настоящее время для приведения результатов испытаний к нормализованной влажности используются пересчетные коэффициенты, которые практически не отличаются от принятых в диапазоне влажностей от 5 до 15 %. Это позволяет распространять зависимости, известные для натуральной древесины на древесные включения торфяных залежей. Одним из наиболее актуальных вопросов в решении проблемы переработки древесных включений торфа является механизация процесса разделки. Разработанные в настоящее время установки по способу разделки древесины основаны на пилении, фрезеровании и бес-стружечном резании ножевыми инструментами.
Древесные включения торфа имеют разнообразную форму и являются сырьем различной влажности, поэтому предварительная разделка обеспечивает одностадийность процесса измельчения и получение продукта требуемого фракционного состава - технологической щепы.
После предварительной разделки получаемые куски весьма различны по размерам, что затрудняет ориентацию волокон древесины по отношению к измельчающим элементам существующих рубительных машин и быстро затупляет режущий инструмент. Анализ известных технических решений свидетельствует о том, что наиболее эффективным методом измельчения древесных включений торфа является ударное дробление (на дробилке молотковой ножевой ДМН-0).
Известно, что каждому виду строения залежи характерны определенная послойная пнистость, число ярусов в каждом из слоев, число пней в ярусе, средние размеры пней, сопутствующий вид торфа для каждого пнистого слоя, а также характерные растительные группировки. Все древесные включения торфяных залежей подразде-
ляются по форме на четыре группы пней: криво-ствольники, односторонне-лапчатые, симметрично-лапчатые и лапчатые со стержневым корнем. Указанные виды болотной древесины характерны для торфопредприятий Тверской области: Васильевский Мох, Оршинское, Емельяновское.
Для перечисленных видов пневой древесины выведены зависимости изменения коэффициента объемной усадки и плотности древесных включений торфа от изменения влагосодержания, а также зависимость влагосодержания древесных включений от влагосодержания торфа. Были изучены такие физико-механические свойства, как плотность модуль упругости, декремент колебаний, пределы прочности при статическом изгибе и сжатии вдоль волокон, статическая торцовая твердость. Установлено, что распределение показателей свойств древесных включений торфа хорошо согласуется с логарифмически нормальным, но в ряде случаев может быть описано нормальным распределением. Было проведено сопоставление экспериментальных данных со справочными для стволовой древесины. Доказано, что изменение свойств древесных включений торфа происходит в результате упрочнения за счет накопления смолистых веществ и снижение прочности из-за разрушения паренхимных клеток сердцевидных лучей и смоляных ходов в связи с длительным нахождением древесины в залежи.
Способ получения биологически активных веществ из пневой древесины основан на экстракции ее бензином с целью извлечения из нее экстрактивных веществ, представляющих собой, в основном, смесь смоляных и высших жирных кислот, которые после отгонки растворителя нейтрализуются содой (натрий углекислый).
Натриевые соли смоляных и жирных кислот являются водорастворимыми, в отличие от смоляных и высших жирных кислот, что позволяет использовать их в виде водных растворов в качестве препарата, обладающего репеллентной, антифидантной и инсектицидной активностью. Технологический процесс производства препарата на основе смолистых веществ из пневой древесины торфяной залежи состоит из следующих основных стадий: экстракция бензином измельченной пневой древесины (дробленки, щепы); отгонка растворителя от экстракта (упарка бензинового экстракта, отгонка следов растворителя); нейтрализация смолистых веществ водным раствором соды с получением препарата.
Дробленка загружается в специальные корзины, которые имеют днище в виде решета, через которое в объем корзины могут свободно прони-
кать пары бензина. Корзины со щепой с помощью электроталей доставляются в экстракторы, которые затем герметически закрываются. Через объемный мерник из промежуточной емкости в экстрактор с помощью горизонтальных поршневых паровых насосов закачивается бензин. Соотношение дробленки (щепы) и бензина в экстракторе должно быть 1:1-1:2 по массе. Экстрагирование дробленки из пневой древесины торфяной залежи производится следующим образом. Бензин через распределитель в верхней части экстрактора орошает дробленку, проходит через нее и попадает в нижнюю часть экстрактора. В теплообменное устройство экстрактора (змеевик, расположенный в нижней части экстрактора) подается пар.
Бензин начинает кипеть, пары проходят через дробленку, прогревают ее до температуры 90° и в верхней части экстрактора конденсируются на крышке. Конденсат стекает вниз и экстрагирует вещества, содержащиеся в древесине (щепе). Остатки несконденсировавшихся паров выносятся в наружный теплообменник, где полностью конденсируются и возвращаются обратно в экстрактор (теплообменник включен на обратный процесс).
Остатки несконденсировавшихся паров также, после возвращения в экстрактор, вступают в процесс экстрагирования. Длительность процесса составляет 3.5-4 часа.
После окончания процесса экстракции прекращают подачу греющего пара и в течение 30 минут дают стечь экстракту с дробленки. Экстракт стекает в кубовую часть и затем через фильтр, для отделения древесной пыли перекачивается в перегонный куб с помощью тех же насосов.
После откачки экстракта прекращают подачу в конденсатор экстрактора охлаждающей воды и подают в нижнюю часть экстрактора острый пар для пропарки проэкстрагированной дробленки с целью удаления из нее остатков бензина. Пары бензина и воды конденсируются в теплообменнике, который включен, в это время, на прямую.
Конденсат подается во флорентину, где происходит отделение бензина от воды. Бензин отводится в емкость, а вода стекает в канализацию, где происходит этап очистки. Процесс пропарки дробленки длится в течение 45 минут. В перегонный куб закачивается бензиновый раствор экстрактивных веществ, после чего в змеевик, расположенный в нижней части куба подается пар. Посредством змеевика происходит нагрев экстрактора до температуры кипения растворителя.
В случае необходимости для интенсификации процесса отгонки растворителя в конце упаривания смолистых веществ можно подавать открытый пар через барватер. Пары бензина и воды отводятся в теплообменник, где конденсируются, а затем подаются во флорентину, для дальнейшего отделения бензина от воды. Процесс отгонки растворителя осуществляют до достижения в перегонном кубе соотношения (экстрактивные вещества к бензину) равного 1:2. Упаренный экстракт из перегонного куба подается в реактор-омылитель. Реактор оборудован мешалкой и рубашкой. В реактор подается пар для подогрева и окончательной отгонки растворителя. После того, как бензин полностью отогнан, проводят нейтрализацию смолистых веществ раствором соды. Для этого смолистые вещества предварительно охлаждают до 1 = 40 °С, подавая воду и постоянно перемешивая, затем из реактора раствора соды подается порциями расчетное количество раствора Ыа2С03.
Эта процедура длится в течение часа. Следует обратить внимание, что при 1 > 50 °С или при быстрой подаче большого количества соды возможно бурное вспенивание смеси и активное выделение углекислого газа. Затем температура поднимается до 50 °С и при этой 1 происходит перемешивание в течение одного часа. По окончании перемешивания отбирается проба для определения рИ-препарата. В случае pH меньше 9,4 в реактор подается необходимое, для достижения величины pH, количество соды. Обессмоленная щепа, уходящая на производство волокнистой связующей для торфяных горшочков и кипованного торфа представляет собой: щепу с размерами 6 х 8 х 40 мм и влажностью 40 % не содержащую в себе бензина.
Щепа после процесса обессмоливания через открывающееся дно корзины высыпается на пластинчатый питатель, с которого пересыпается на скребковый конвейер, посредством которого идет
перемещение (транспортировка) щепы в цех получения древесно-волок-нистой массы. Препарат по обогреваемому трубопроводу подается в разливочное отделение цеха, где разливается (фасуется) в потребительскую тару - стеклянные и полимерные банки и бутылки вместимостью 250, 500, 1000 см3.
Расфасованный в потребительскую тару препарат упаковывается в ящики - транспортную тару или ящики из гафрированного картона, общей массой не более 20 кг.
На потребительскую тару наклеивают этикетку, содержащую: наименование предприятия изготовителя или его товарный знак; наименование продукта; номер партии; массу; дату изготовления; срок хранения; обозначение действующих технических условий; инструкцию по применению. Транспортную тару маркируют с нанесением манипуляционных знаков. Препарат на основе смолистых веществ из пневой древесины торфяной залежи представляет собой густую массу со специфическим запахом, хорошо растворимую в воде, и предназначенную для защиты культурных сельскохозяйственных насаждений (плодовые деревья, овощи, цветы) в открытом грунте, теплицах и оранжереях от насекомых вредителей. В результате изучения физико-механических свойств древесных включений торфа установлено, что по своим показателям они являются полноценным заменителем натуральной древесины при производстве арболита, древесных плит, брикетов, связующей добавки для торфяных полых горшочков, препаратов по борьбе с болезнями растений и вредными насекомыми.
Данные направления использования древесных включений торфа позволяет организовать безотходную технологию получения торфяной продукции, улучшить экологическое состояние окружающей среды, продлить сезон на торфо-предприятии за счет производства новых видов продукции.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ларгин И.Ф. Исследование пнистости торфяных месторождений верхового типа: Диссертация к.т.н. - М., 1952.
- 168 с.
— Коротко об авторак -------------------------------------------------------------------------
Жигульская А.И - Тверской государственный технический университет.
