Главная | Обратная связь

Тема: ПІРОЛІЗ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ

Мета роботи. Ознайомлення з лабораторним методом піролізу деревини та методами дослідження продуктів піролізу

Короткі відомості про процес

 

У результаті термічної переробки деревини без доступу повітря(тобто суха перегонка) виходить збагачений вуглецевий твердий продукт(деревне вугілля), рідкі продукти(метиловий спирт, оцтова кислота,ацетон, дьоготь і ін..) і гази (окис вуглеводню, вуглекислота, метан, водень і ін..)

У залежності від температури, розкладання деревини відбувається так. При нагріванні деревини від 100 до 170°С з неї виділяється головним чином вода і

спостерігається слабке розкладання деревини з виділенням незначної кількості оцтової кислоти і газу, що складається на 2/3 із двоокису вуглецю і на 1/3 з окису вуглецю. Процес у цілому ендотермічний.

При температурі від 270 до 280°С починають проходити екзотермічні процеси, що приводять до швидкого обвуглювання деревини.

Подальше нагрівання від 280 до 380°С викликає інтенсивне виділення пари оцтової кислоти, метилового спирту й ацетону, а також легкої смоли і вуглеводнів. При температурі від 380 до 500°С відбувається незначне виділення газоподібних продуктів і утворюється важка смола.У газоподібних продуктах зменшується вміст двоокису і окису вуглецю і зростає вміст вуглеводнів (метану, етану, етилену і ін.). При температурі від 500- 700°С відбувається розкладання летких продуктів з утворенням водню (розпечене вугілля і металеві стінки апарата каталізують цей процес). Вихід газу до кінця процесу помітно знижується. На практиці обмежуються нагріванням до 450 - 500°С.

Різні складові частини деревини розкладаються при сухій перегонці деревини з утворенням відповідних продуктів. З целюлози утворюється оцтова кислота, смола, гази, вугілля. Метиловий спирт утворюється з лігнину головним чином за рахунок метоксильных груп(-ОСН₃) шляхом їхнього відщеплення під дією водяних парів в умовах високих температур.

Парогазова суміш, що виділяється при термічному розкладанні деревини, при охолодженні розділяється на конденсат і неконденсуючі гази. Конденсат при відстоюванні утворить два шари: смолу і водяний конденсат.

У залежності від породи деревини змінюється питома вага смоли. Листові породи дають смолу більш важку, ніж водяний конденсат. Тому останній у цьому випадку називають надсмольною водою. Навпаки, хвойні породи дають легку смолу і відповідно підсмольну воду. Основними складовими частинами конденсату є : вода, розчинена смола, оцтова кислота, ацетон, метиловий і аліловий спирти, альдегіди і метилацетон. Найбільший практичний інтерес представляють метиловий спирт і оцтова кислота. У конденсаті листових порід утримується приблизно 3% метилового спирту і 10% оцтової кислоти.

У конденсаті хвойних порід міститься до 4 % оцтової кислоти і до 1,5% метилового спирту (від маси деревини).

Смола являє собою рідину від жовтого до чорного кольору. Містить аліфатичні вуглеводні, феноли, терпени і т.д. Смола хвойних порід містить скипидар і продукти перегонки каніфолі, відсутні в смолі листових порід. З смоли одержують цінні продукти: крезол, гваякол, терпени й ін. Смола листяних порід часто використовується як паливо .

 

Методика проведення роботи

 

 

Для сухої перегонки деревини з успіхом використовується установка, застосована в роботі з напівкоксуванням паливних копалин.

Перегонці піддають різні породи дерева(повітряно-сухого) у вигляді

обпилювань або стружок. Процес здійснюється при тих або інших заданих умовах аналогічно процесові напівкоксування вугілля.

У автоклав завантажують визначену кількість повітряно - сухої деревини

( приблизно 25-50 г). Одночасно відбирають окрему пробу сировини для визначення вологості. Колбу зважують до досліду на технічних вагах.Потім автоклав щільно закривають кришкою за допомогою болтів. До автоклаву приєднують всі інші частини установки.

Коли установка цілком зібрана, перевіряють герметичність з'єднання окремих частин, відкриваючи нижній кран газометра. Після цього нагрівають автоклав і стежать за підвищенням температури, записуючи її кожні 15 хв. Коли температура досягне 210 -250°С, відбирають з газометра пробу газу та визначають його склад. Надалі аналізують газ через кожні 30 хвилин.

Дослід закінчують при досягненні визначеної температури, або після закінчення вказаного часу, або ж по припиненню виділення парів смоли(у залежності від завдання). По закінченню сухої перегонки колбу від’єднують від установки і зважують на технічних вагах. По різниці між вагою колби до і після досліду визначають вихід рідких первинних продуктів розкладання деревини.

Вихід твердих продуктів визначають так само, як і при напівкоксуванні палива. Потім приступають до визначення виходу оцтової кислоти, метилового спирту і смоли, що містяться у водяному конденсаті.

Визначення виходу і складу газу.

По закінченню досліду визначають обсяг зібраного в газометрі газу і відбирають пробу для визначення середнього складу отриманого газу. Одночасно відбирають пробу газу для визначення його питомої ваги.

Вагова кількість газу

Gгаза = V *d,

де V – об’єм і d - питома вага газу

Визначення складу рідких продуктів і виходу окремих компонентів

Рідкі продукти, що утворюються у процесі сухої перегонки деревини, складаються в основному з води, оцтової кислоти, метилового спирту і смоли. Речовини, що входять до складу смоли, киплять при температурі вище 200°С. Температури кипіння інших рідких продуктів значно нижче: води 100°С, оцтової кислоти 118°С, метилового спирту 65°С. Відповідно до цього їх легко можна відокремити від смоли перегонкою. Однак виділення таким способом компонентів не досить зручне. Якщо відгонка метилового спирта не становить труднощів, то виділення води й оцтової кислоти можливе лише при багаторазовій перегонці, що є громіздким і тривалим процесом.

У промислових умовах витяг оцтової кислоти з підсмольної(або надсмольної) води роблять методом екстракції сірчаним ефіром( т.кип. 35°С), важкими смоляними оліями(т.кип. 200°С) або лужним розчином оцтово-кислого кальцію.

Экстракційне розділення рідин являє собою спеціальну задачу.Тому з метою визначення виходу окремих речовин отримані рідкі продукти в умовах

практикуму розділяють перегонкою на смолу, водний розчин метилового спирту

і водний розчин оцтової кислоти.

Спочатку рідкі продукти перегоняють для видалення смол. При цьому в перегонній колбі залишається смола з незначною кількістю води. Продуктом перегонки є водний розчин метилового спирту і оцтової кислоти. Отриманий знесмолений конденсат далі перегоняють для виділення метилового спирту.. Роблять її таким чином. Рідкі продукти, отримані при перегонці деревини, після збовтування

 

переносять у попередньо зважену, круглодонну колбу 1, ємністю 100 мл. (мал.13. 1)

Зважують колбу разом із наважкою і визначають так кількість речовини, узятої для розділення. До колби 1 приєднується дефлегматор 2 висотою 30-40 см. Для конденсації продуктів відгону служить холодильник 3, а для збору конденсату - мірний циліндр 4, що до досліду зважують на технічних вагах. У верхній отвір дефлегматора вставляють на пробці термометр 5 на 150°С. Перегонку ведуть приблизно при температурі у верхній частині дефлегматора 100°С до повного припинення утворення конденсату. Після цього зупиняють нагрівання, визначають обсяг конденсату і дають охолонути продуктам, що залишилися у відгінній колбі, а також зважують приймач з водним конденсатом. Після 15-20 хв. зважують колбу зі смолою.

Відбирають з водного розчину 1-2 мл для аналізу на вміст оцтової кислоти.

Потім відганяють з водного конденсату метиловий спирт. Для цього водний конденсат переводять у попередньо зважену круглодонну колбу, додають надлишок розчину NaOH для нейтралізації кислоти, приєднують до приладу, аналогічному використаному раніше для знесмолювання рідких продуктів, і відганяють при температурі в дефлегматорі не вище 95°С водний розчин метилового спирту.

Останній збирається в приймачі, а в перегонній колбі залишається лужний розчин оцтовокислого натрію.

Після закінчення перегонки вимірюють обсяг розчину і зважують приймач з відгоном.

Потім визначають вміст метилового спирту в спиртовому розчині. Результати досліду зводять у таблицю:

Умови досліду	Наважка деревини, г	Отримано	Втрати
Тривалість хв.	Температура °С	Повітряно сухий	Абсолютно сухий	газу	смоли	води	Оцтової кислоти	Метилового спирта	Твердого залишку
Г,%	Г,%	Г,%	Г, %	Г, %	Г, %