Исследование разделения древесной смолы на органические фракции на основе индивидуального выкипания веществ

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 674.038                                        

Пирогенные смолы скорлупы греческой орехи является сырьем для получения различных товарных продуктов (например, фенолов). Поэтому технологическое использование древесных смол является определяющим для утилизации отходов древесины и получения из них ценных продуктов.

Исследовали использование целлюлозы (скорлупы) ореха. Целлюлоза разлагается в газовой безкислородной атмосфере, в реторте, под воздействием нагрева. Реторта — это замкнутый сосуд, нагревание производят через ее стенным. Пары и газы, которые образуются в процессе пиролиза, выводятся через патрубок в реторте. Далее в устройстве для конденсации газ отделяется в жидкость [1].

В процессе пиролиза протекают последовательные и параллельные химические реакции, которые сопровождаются появлением новых и разрывом старых связей, которые существовали до термической обработки [2].

Получившиеся в результате новые вещества начинают взаимные реакции. А лабораторные исследования позволяют установить связи между протекающими процессами, между химическими составляющими древесины и продуктами, получившимися в результате ее распада. Наряду с этим такие исследования дают возможность также установить факторы, которые влияют на эти процессы. Можно предположить, что главными показателями, которые определяют ход процесса пиролиза являются исходное сырье и технические условия его тепловой отработки [3].

Объекты и методы исследования

Для исследования брали смолу пиролиза, полученную на пиролизной установке, разработанной нами [4]. Принципиальная схема пиролиза в кипящем слое (Рисунок) представляет собой реактор с решеткой, через который подается дутьевой воздух [5–6], т. е. выделение фенольной фракции скорлупы производили с применением пиролизного метода.

Рисунок. Терморегуляторный аппарат для разделения жидких веществ на фракции: 1 — источник электрического тока, 2 — терморегулятор ТКП Сr-MIУХЛ, 3 — аппарат для определения температуры, °С, 5 — печь, 6 — древесная смола, 7 — каплеуловитель, 8 — холодильник, 9 — приемник.

В качестве объекта исследования использовали целлюлозу скорлупы ореха с влажностью до 2–3%.

Для тепловой обработки на реактор было загружено 1000 г целлюлозы ореха.

Экспериментальная часть

Экспериментально установлено, что процесс пиролиза состоит из трех основных стадий при медленном и поступательным нагревании:

1-й этап. В интервале температуры от 20 °С до 160 °С из скорлупы ореха выделятся влага.

2-й этап. Собственный пиролиз или сухая перегонка. При температурах от 280 °С до 387 °С выделяются газ и в дистилляте образовываются органические продукты (темно- коричневая жидкость).

На этом этапе протекает эндотермический процесс и выделяются жидкие и газообразные вещества, а также энергично выделяются реакционное тепло.

3-й этап. На этапе образуется уголь, и в небольшом количестве выделяются смола и множество конденсируемых газов, пиролиз заканчивается при температуре 465 °С.

Целлюлозные продукты применяются в медицине, вооружении, исследовательских лабораториях и др.

Из вышесказанного следует, что при пиролизе целлюлозы ореха образуются древесный уголь, газы и древесная смола. Древесная смола представляет собой сложную смесь, которая состоит из различных ароматических и гетероциплаческих соединений.

Для изучения индивидуального состава фенольной фракции смолы скорлупы с помощью терморегулятора типа ТКП-160. Сr-MIУХЛ с применением холодильника целлюлозные смолы подвергали разделения на фракции. Полученные результаты представлены в Таблице с указанием температурных интервалов (пределы выкипания) и основные продукты, содержащихся в каждой фракции.

Таблица.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИНТЕРВАЛЫ

Фракция	°С		Температуры выкипания веществ, °С
	45– 160	42,5	80,1	84,1	110,5	115,3	118,1	144,4	56,2	64,5
		5Г о	§ СИ Vo	£	§ S	si	S ® § S еЗ		53	50
Фенольная	165–	181,7	182,4		202,1
	210	фенол	инден		крезол
Нафталиновая	216–	217,9
	230	нафталин
Поглотительная	235–	223,5
	280	флуорен
Антрацен	28–	340,1	351
	360	фенантрен	антрацен
Пек	Выше	370	392
	360	парафин	пирен

Выводы

В процессе пиролиза образуются ценные органические продукты, показано, что летучие газы составляют 33,5%, жидкие вещества (органические вещества) — 35%, твердый древесный уголь — 31,4%.

Таким образом, в работе изучен химический состав фракции смолы пиролиза ореховой скорлупы с помощью терморегулятора ТКП-160 Сr-MIУХЛ с применением холодильника.

В процессе термической обработки в реакторе из смолы разделены следующие продукты: легкие, фенольные, нафталиновые, поглотительные, антроцены и пек.

Установлено, что разделенные органические фракции зависят от индивидуального выкипания веществ.