> Техника, страница 1 > Сухая перегонка дерева

Сухая перегонка дерева

Сырье

Сырьем, как это ясно из заголовка, служит древесина. Для сухой перегонки можно брать древесину дерева любой породы, но продукты, получающиеся при этом, будут не всегда одинаковы и по составу и по качеству.

Деревья можно подразделить на две очень большие группы, именно: лиственные и хвойные. Такое разделение по чисто внешним признакам удивительно хорошо соответствует разделению их по продуктам сухой перегонки. Лиственные породы, из которых сухой перегонке подвергают, главным образом, березу, дуб, осину, реже клен и ольху, дают, как главные продукты, древесный спирт, уксусную кислоту, ацетон, деготь, и уголь. Хвойные породы, из которых перерабатываются сосна, ель и, редко, пихта и лиственница, дают, как главные продукты, скипидар, масла, смолу и уголь, а спирт, уксусную кислоту и ацетон лишь в таких небольших количествах, что получение их сопряжено с устройством сложных и усовершенствованных установок.

При перегонке лиственных пород дерево распиливается и раскалывается на поленья, длиною около ¹/₂ толщиною не более 13 — 18 сантиметров. Дрова, идущие на сухую перегонку, должны быть высушены как можно лучше, так как чем суше дерево, тем меньше затрачивается дров на процесс его сухой перегонки и тем крепче получаются все водные погоны, что тоже дает значительную экономию в топливе при переработке продуктов перегонки в кислоту, спирт и ацетон. Хвойные породы подвергаются сухой перегонке, которая в этом случае называется смолокурением, для каковой цели берут либо древесину, либо осмол. Осмолом называются обгнившие пни или древесина. Если сосновый пень оставить в земле, то приблизительно через 10 лет он обгниет, и внутри его останется так называемая редька, которая представляет собой древесину, настолько сильно пропитанную смолой, что в тонких слоях она просвечивает. То жз самое иногда происходит и со стволом. В первом случае мы имеем пневый осмол, а во втором—стволовый или волочковый. Употребляемый для смолокурения осмол, как и древесина, измельчается в куски длиною около ¹/₂ метров

Состав древесины

Древесина, независимо от породы дерева, состоит из углерода, водорода, кислорода, очень незначительных количеств азота и серы и около 1 % золы. Но приведенный, так называемый элементарный состав дает очень мало данных для характеристики древесины различных пород; поэтому работы многих ученых с давних пор направлены были в сторону выяснения отдельных веществ, входящих в состав древесины, и их свойств. В настоящее время принимают, что главные составные части древесины суть: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза; кроме них встречаются также смолы, камеди, дубильные вещества, краски и другие вещества, но все они являются добавочными и встречаются не всегда.

Сухая перегонка

Под сухой перегонкой вообще подразумевают процессы разложения органических веществ, происходящие при более или менее высокой температуре в отсутствии воздуха. В зависимости от перерабатываемого материала, температура колеблется, начиная с 400º Ц для дерева и доходя до 1 100º Ц для каменного угля.

Явления, происходящие при сухой перегонке вообще и дерева в частности, необычайно сложны и до сих пор еще мало разъяснены. Сложные вещества, как клетчатка, лигнин, гемицеллюлоза и все другие, входящие в состав древесины, под действием высокой температуры претерпевают целый ряд изменений, в результате которых они распадаются, превращаясь частично в легко летучие вещества, выделяющиеся в виде паров и газов, а частично переходя в древесный уголь.

Процесс сухой перегонки дерева происходит, в главных чертах, так: сначала идет подсущивание древесины, которое заканчивается при температуре около 150º Ц; разложения во время подсушивания почти нет, и заметным оно становится только начиная от 150º Ц и выше. По мере повышения температуры количество жидких и газообразных продуктов увеличивается, и при 270—280º Ц начинается бурное разложение древесины с выделением значительного количества тепла. Главная масса жидких погонов выделяется до температуры 350º Ц, и дальнейшее повышение температуры увеличивает количество дестиллатов очень мало; но при низкой температуре уголь получается мягкий, и, поэтому, для того чтобы получить уголь хорошего качества, обыкновенно перегонку заканчивают только тогда, когда древесина нагревается до 430—450º Ц

Аппараты для сухой перегонки дерева

Системы реторт и печей, применяемых в отдельных случаях для сухой перегонки дерева, зависят от разных условий, из которых главными являются: потребность рынка в разных продуктах производства и стоимость оборудования различных систем. Вторая причина имеет второстепенное значение, но первая является решающей. В местах, где имеется большой сбыт угля и нет сбыта кислоты и спирта, устраиваются установки, которые обеспечивают получение хорошего угля, и совершенно не предусматривают полного сгущения всех остальных продуктов сухой перегонки, выпуская их наружу или отюдя в топку печи.

Обыкновенно сухую перегонку дерева производят в железных или стальных ретортах различной емкости, от 2,5 до 38 м³ (от 1/4 до 4 кубических саженей) дров. В кустарной промышленности распространены так называемыея Казаны, имеющие различную форму (четырехугольные или цилиндрические).

Прежде употребляли казаны железные клепаные; в настоящее время их можно делать сварными, что обеспечивает полную герметичность, тогда как в клепаных казанах заклепочные швы, плохо расчеканенные, могут пропускать газы, благодаря чему часть продуктов перегонки будет теряться. Такие казаны обычно кладутся в печь горизонтально, как это показано на рисунке M, где а — топливник, куда загружаются дрова. Топливник перекрыт сводом для того, чтобы пламя не прикасалось непосредственно к железу, что вызывало бы быстрое изнашивание казана.

Рисунок 11. Казан для сухой перегонки дерева

Стрелки показывают направление движения горячих газов, обогревающих казан. В подобного рода устройствах после окончания перегонки приходится довольно значительное время охлаждать реторту, чтобы выгрузить уголь, так как иначе он на воздухе воспламеняется.

Рисунок 12. Вертикальная реторта для сухой перегонки дерева

Охлаждение это вызывает задержки в производстве, понижает производительность печи и обусловливает затрату лишних дров на отопление для разогревания остуженной лечи. Чтобы избежать потери времени и лишнего расхода топлива, делают вертикальные выемные реторты.

На рисунке 12 изображена такая реторта во время поднятия ее из печи. На верху по печам ходит подъемный кран или лебедка для поднятия реторты, В которой перегонка закончена; такую реторту отвозят для охлаждения.

Вместо вынутой реторты сейчас же вставляют другую со свежими дровами. В печах такого устройства уничтожены как задержка, так и лишний расход топлива; однако такие печи значительно сложнее и дороже, что ограничивает их распространение

В Америке стандартная реторта вмещает 50—75 м³ древесины. Длина такой реторты 17 метров, высота 2,5 метров и ширина 1,8 м; делаются они из стали. Для отвода продуктов сухой перегонки они снабжены двумя выводными патрубками. Реторты делаются четырехугольными или цилиндрическими. Отапливаются они с двух сторон одновременно. Дрова в них загружаются вагонетками емкостью каждая в 10 м³. Когда перегонка окончена, то вагонетку с горячим углем перекатывают в такие же углетушители, которые отличаются от реторты только отсутствием газоотводных патрубков. Таким образом эти реторты работают так же, как и непрерывно действующие или выемные

Реторта любой системы имеет отводную трубу для продуктов, улетучивающихся во время сухой перегонки. Труба, отводящая пары и газы, располагается либо вверху реторты либо внизу. Некоторые рекомендуют делать ее, в случае вертикальных реторт, на одной трети высоты реторты от низа. Газоотводная труба соединяется с холодильником или, в более совершенных установках, сначала со смолоотделителем, а затем с холодильником, где происходит разделение веществ жидких при обыкновенной температуре от несгущаемых газов.

Холодильники, применяемые при сухой перегонке дерева, очень разнообразна, начиная с кустарных деревянных и кончая трубчатыми. Оставляя в стороне деревянные, как выполняющие свое назначение далеко не совершенно, укажем на две наиболее распространенные системы холодильников: змеевиковые и трубчатые. Первые часто применяются кустарями а последние вытесняют все другие в крупной заводской промышленности. На рисунке 13 изображен змеевиковый медный холодильник. Он состоит из медных трубок, соединенных фланцами. На рисунке 14 изображен трубчатый холодильник. Вода в нем входит снизу и вытекает сверху, а газы наоборот — входят сверху, а выходят снизу. Холодильник имеет съемную верхнюю крышку и дно, поэтому в случае нужды его легко можно прочистить

Рисунок 13. Змеевиковый холодильник

Рисунок 14. Трубчатый холодильник.

Стекающая из холодильника жижка поступает в отстойные чаны, сделанные из дерева, где она отстаивается. Жижка представляет собой смесь древесной кислоты с дегтем. Во время отстаивания она разделяется на два слоя; верхний юдный слой содержит уксусную кислоту, древесный спирт, ацетон и многие другие вещества, а нижний—деготь. Отстаивание занимает несколько дней; чем дольше и лучше будет отстоена жижка, тем чище, лучше, а следовательно, и дороже пблучается уксусная кислота.

Хотя большая часть уксусной кислоты, древесный спирт и ацетон находятся в водной части, но некоторое количество их всегда остается в дегте, и, поэтому, для отделения их от дегтя последний подвергают пропариванию в деревянных сосудах. Обыкновенно деревянный сосуд снабжается двумя медными змеевиками: один для глухого пара и другой—для острого¹. Сначала деготь нагревают глухим змеевиком, причем отгоняется вода, потом пускают острый пар и отгоняют кислоту, спирт и ацетон, с которыми отгоняется также и часть дегтя. Первое время гонятся масла легче воды, а если продолжать перегонку долго, то появляются тяжелые масла, которые осаждаются на дно. Полученный отгонкой водный дестиллат соединяется с отстойным и дальше перерабатывается на спирт или древесный порошок, уксусный порошок, уксусную кислоту и ацетон.

Если хотят получить серый древесный порошок, то древесную кислоту обрабатывают известью и хорошо отстаивают; при этом часть растворенного дегтя всплывает и его удаляют. Отстоенный раствор переводят в железный куб и отгоняют спирт и ацетон, а затем остаток выпускают из котла и уваривают в плоских противнях до консистенции густого теста, после чего его сушат в сушилках.

Для получения белого порошка отстоенную жижку подвергают перегонке и потом уже обрабатывают известью.

1) «Глухим паром» называется пар, который не попадает в жидкость, а идет по змеевику. «Острым паром» называется пар, поступающий непосредственио в нагреваемую среду

Получение уксусной кислоты

Уксусная кислота получается из уксусного порошка при обработке его соляной или серной кислотой.

При разложении порошка соляной кислотой кислота получается чище, и, кроме того, самое разложение идет гораздо легче, так как получающийся в результате хлористый кальций очень легко растворим в воде. При разложении же серной кислотой получается трудно растворимый в юде гипс, и, поэтому, для более полного и успешного разложения необходимо перемешивать постоянно массу самим тщательным образом.

Разложение ведется обыкновенно при нагревании в отдельных чанах или специальных кубах. При работе с соляной кислотой получается прозрачный раствор, который наливают в куб и отгоняют уксусную кислоту глухим паром. В случае серной кислоты работа сложнее, так как приходится отгонять уксусную кислоту от гипса и избытка серной кислоты. При перегонке под обыкновенным давлением приходится поднимать температуру гораздо выше 160° Ц, причем возможны, во-первых, процессы восстановления и разложения серной кислоты, а во-вторых, выделение очень ядовитого сернистого газа. Теперь применяют перегонку под уменьшенным давлением, иначе называемую перегонкой в вакууме, что позволяет значительно снизить температуру перегонки, не поднимая ее выше 160° Ц.

Получающаяся сырая уксусная кислота, в зависимости от порошка и способа разложения, содержит чистой уксусной кислоты до 50%. Сырая уксусная кислота содержит в виде примесей серную кислоту, медные соли, пригорелые вещества и тому подобное; для очистки она подвергается вторичной перегонке в колонных аппаратах такой же системы, как и при получении древесного спирта.

На рынок кислота поступает в виде следующих сортов: техническая уксусная кислота, содержащая от 30 до 50% уксусной кислоты, уксусная эссенция (80% кислоты) и ледяная уксусная кислота (100% уксусной кислоты).

Получение древесного спирта

При переработке подсмольной воды получается древесный (метиловый) спирт крепостью от 3 до 10%, в зависимости от способа получении.

Сырой спирт подвергается дальнейшей переработке для очистки его от примесей как высоко кипящих, так и низкокипящих. Очистка спирта Производится в колонных перегонных аппаратах.

Погоны, собираемые из колонны, разбивают на три части; первый, содержащий ацетон и разные эфиры, в количестве 15—60%, средний, содержащий 94% спирта и около 2% ацетона, и последний, содержащий высоко кипящие вещества. Среднюю фракцию можно переработать дальше и получить совершенно чистый древесный спирт