يتكون معظم الخشب من مركبات عضوية. تحت تأثير درجات الحرارة العالية في الفراغ أو الحد الأدنى من تدفق الهواء ، تتحلل إلى مكونات صلبة وشبه سائلة وغازية. هذه العملية تسمى التقطير الجاف ، طلاء القطران ، الانحلال الحراري. وهو يختلف عن الحرق في الحفاظ العالي على المكونات المتحللة. تحدث التفاعلات الكيميائية بسرعة كبيرة وبدون تكوين اللهب والدخان.
ظهرت تقنية التقطير في القرن الثاني عشر. ثم تم استخدام الصنوبر والصنوبريات الأخرى كمواد خام. تم الحصول على الراتينج منها لتلقيح الأجزاء الخشبية للسفن والحبال والفحم. في القرن التاسع عشر ، بمساعدة تدمير الكتلة المحتوية على الكربون ، بدأ الحصول على حمض الأسيتيك.
جوهر العملية
يؤدي حرق الخشب المعتاد بمشاركة الأكسجين إلى اشتعال وتبخر الغازات المنبعثة ، والتدمير الكامل للمكونات الصلبة ، وتحويلها إلى دخان ، وسناج ، ورماد ، ورماد. تصل درجة حرارة اللهب في هذه الحالة إلى 1000 درجة مئوية. الانحلال الحراري هو أيضا تدهور حراري. يتم إجراء التقطير الجاف في مكان ضيق عند درجة حرارة ثابتة من 250-450 درجة مئوية ، وتتم إزالة الغازات الناتجة والمكونات المنبعثة من السوائل وتبريدها على الفور. يرافق العملية فقدان كبير للحرارة ، ولكن لا يتشكل الدخان والسخام. يمكن بعد ذلك استخدام المخلفات الناتجة للأغراض الصناعية أو المنزلية.
حصاد المواد الخام
كمواد بدء ، يتم استخدام الخشب غير المناسب للاحتياجات الأخرى ، نفايات الإنتاج ، بما في ذلك نشارة الخشب. من المعتاد التمييز بين عدة مجموعات من المواد الخام:
- ورق مقوى: خشب الزان ، البتولا ، الدردار ، البلوط ، شعاع القرن ، القيقب ، الرماد ؛
- لينة ذات الأوراق: الزيزفون ، الألدر ، الحور الرجراج ، الحور ؛
- الصنوبريات: الصنوبر والصنوبر والأرز والتنوب والتنوب.
هناك لوائح إنتاج صارمة ، يتم بموجبها نشر جميع الأخشاب القادمة إلى مصانع التجهيز ، وقطعها وجمعها في أكوام ذات عرض وارتفاع معين في المستودعات الخاصة. يتم وضعها في مناطق مسطحة ، وتوفر الوصول إلى الهواء والإضاءة.
يتضمن التحضير للانحلال الحراري التجفيف الأولي. يمكن أن تكون هذه العملية صعبة ، خاصة عند العمل مع مجموعة من الحور الرجراج أو الحور ، والتي ، مع زيادة الرطوبة ، تكون عرضة للتلف بسبب الفطريات وتطور التسوس.
يتم التجفيف بشكل طبيعي في منطقة التهوية في المستودعات. لتسريع العملية ، يتم تقسيم المواد إلى قطع صغيرة. يعتبر الخشب في حالة الهواء الجاف مناسبًا لمزيد من المعالجة: حوالي 12-15 ٪.
في بعض الأحيان يتم استخدام التجفيف السريع: يتم سحق المصفوفة أو وضعها في فرن أو سكبها بالهواء الساخن الجاف.
معدات
يتم تحلل الخشب في أفران المعوجة. علب - حاويات أسطوانية ملحومة من المعدن. سمك جدرانها حوالي 15 ملم. يوجد في الجزء العلوي فتحة تحميل ، وفي الداخل توجد شبكات لوضع المواد الخام ، ونظام لتزويد المبردات ، وإزالة وتبريد المنتجات السائلة المنبعثة والغازات والفحم ، وفي الأسفل يوجد منفذ تصريف للمكونات الناتجة.
المعدات الصناعية بأحجام مختلفة. في معظم الأحيان يستخدمون أفران كبيرة ، يبلغ قطر غرف الاحتراق فيها حوالي 2 - 2.5 م. يتم استخدام أنظمة التدفئة التالية:
- خارجي: يتم تسخين الجدران المعدنية المعوجة ، بدءاً بعملية تحلل الخشب ؛
- إمدادات الحرارة الداخلية: يتم الحفاظ على درجة الحرارة بمزيج من الغازات المنبعثة ، وعادة ما تكون كفاءتها أقل عدة مرات من سخانات خارجية.
المعدات مستمرة وشبه مستمرة ودفعة. في الحالة الأولى ، تحدث جميع مراحل الدورة في وقت واحد. عندما تدخل دفعة أخرى من الخشب ، يتم تفريغ الفحم النهائي من المخرج. بالنسبة للأجهزة شبه المستمرة ، يتم تبسيط العملية. أولاً ، تخضع الدفعة الأولى من المواد الخام للمعالجة الكاملة ، بعد تفريغ الدفعة التالية. يؤثر نوع المعدات على السرعة التي يحدث بها تحلل الخشب.
هناك غلايات مماثلة للغلايات الصناعية ، ولكنها أكثر إحكاما. وهي مخصصة للتحلل الحراري على نطاق صغير.
تتأثر نتيجة التقطير بالظروف التي تحدث فيها العملية وحالة المواد الواردة.
عملية التقطير
إذا لم تكن الدفعة المحملة من الخشب جافة بما فيه الكفاية ، بعد طحنها يتم تجفيفها في غرفة مغلقة عند درجة حرارة 130 درجة مئوية. هذه المرحلة هي الأكثر استهلاكًا للطاقة ، لأنها تتطلب مصدر حرارة خارجي إلزامي. ويرافق تبخر الرطوبة الانحلال الأساسي لبعض مكونات الخشب.
يؤدي التسخين الإضافي إلى 155-200 درجة مئوية إلى بداية إطلاق وتبخر المواد الغازية.
يحدث التحلل المباشر لكامل المادة عند التسخين اللاحق إلى 280-420 درجة مئوية. في هذه الحالة ، يتم إطلاق الراتنجات ، وحمض الأسيتيك ، ومركبات الكربونيل وتفريغها. في نفس الوقت ، يتم تشكيل الفحم.
المرحلة الأخيرة هي التكليس. ترتفع درجة الحرارة داخل المعوجة إلى 500 درجة مئوية وأعلى. الراتنجات الثقيلة ، تتم إزالة مركبات الكربون من بقايا الخشب. ثم يتم تبريد المنتجات وتفريغها من الغرفة.
تعتمد كمية المواد التي يتم الحصول عليها وسرعة العملية وتكاليف الطاقة على نوع وحجم قطع الخشب وأنظمة المعدات. يؤدي الانحلال الحراري السريع باستخدام مصادر الحرارة الخارجية إلى المزيد من الفحم ونقاوته العالية بتكاليف طاقة منخفضة نسبيًا.
منتجات الانحلال الحراري
المكونات الرئيسية التي يتم تقطير الخشب لها هي الفحم وحمض الخليك.
فحم
تعتمد كمية البقايا الصلبة التي يتم الحصول عليها على نوع الخشب. بالنسبة للزان والخشب الصلب ، يكون المحصول حوالي 25٪ من المادة الأولية. في الصنوبريات أعلى قليلاً. تعطي مصانع الأخشاب اللينة أقل كمية من الفحم. يسمح الانحلال الحراري لنشارة الخشب بالحصول على دقيق الفحم. علاوة على ذلك ، عائد المخلفات السائلة أعلى.
لا يحتوي الفحم عالي الجودة على شقوق أو رواسب بنية أو بيضاء وحروق بدون دخان. يتم الحصول على المنتج المعيب في انتهاك لتقنية الانحلال الحراري: درجة حرارة غير كافية ، اختراق الهواء في الفرن.
الفحم هو نوع من الوقود صديق للبيئة وبأسعار معقولة يستخدم للمواقد الصناعية والمحلية ، والمواقد المنزلية. تنبعث منه كمية كبيرة من الحرارة ، أثناء الاحتراق لا تشكل عمليا منتجات ثانوية ورائحة منخفضة التكلفة. يستخدم الفحم في صناعة المعادن والزراعة لإنتاج الفلاتر والبلاستيك والأصباغ والزجاج والأدوية.
مكثف
تحتوي منتجات الانحلال الحراري السائلة ، أو المكثفات ، على مركبات راتنجية تسمى السوائل. تصل الكمية إلى 50٪ من إجمالي البقايا وتعتمد على الأنواع ورطوبة الخشب ، ونوع الانحلال الحراري. يتضمن تكوين السائل الكيتونات والراتنجات والألدهيدات والكحول والإسترات والماء. نتيجة للتفاعلات متعددة المراحل ، يتكون حمض الأسيتيك منه - مركب يستخدم في الصناعات الكيميائية والمنسوجات والأدوية ومستحضرات التجميل والمواد الغذائية.
أحماض الفورميك والزبد ، الأسيتون ، الميثيل والكحول الآيزوبروبيل ، الفورمالديهايد ، الراتنجات يتم الحصول عليها من الملاط.
غازات
تتشكل المركبات الغازية الناتجة عن التقطير بنسبة 20-25٪. يتضمن تكوين غازات الانحلال الحراري ما يلي:
- CO: 40-50٪ ؛
- CO2: 28–38%;
- CH4: 8–20%;
- ح2: 1–2%;
- شوائب الكربون: حوالي 1٪.
في المتوسط ، يتم إطلاق حوالي 70-80 متر مكعب من المركبات الغازية أثناء التقطير الجاف لـ 1 متر مكعب من الخشب.
تقطير الخشب في المنزل
الانحلال الحراري للخشب أو نفاياته يمكن أن يتم في المنزل. في هذه الحالة ، يمكن الحصول على الفحم فقط.
كمعوجة ، يتم استخدام البراميل المعدنية ذات الحجم الكبير.. لا تأخذ الحاويات من المواد الكيميائية. هناك حاجة إلى حاوية نظيفة مع عدة فتحات صغيرة لاستنفاد الغازات.
أولاً ، قم بإعداد المنصة:
- يتم وضع قطعة كبيرة من الحديد على الأرض.
- يقومون بتركيب العديد من الطوب الحراري على الحافة ، والتي يتم وضع الحطب بينهما.
- اشعل النار.
البرميل مملوء بالخشب المجفف المفروم ، مغلق بإحكام. بعد ذلك ، يتم تثبيته على منصة مع نار. عندما تصبح الحاوية ساخنة وتبدأ الأكسدة ، يتدفق الغاز من الثقوب. قد تستغرق العملية عدة ساعات.
عندما يتوقف تدفق الغاز ، يتم ترك البرميل على المحك لمدة 30 دقيقة. بعد التبريد ، قم بإزالة الغطاء وإزالة الفحم النهائي. يمكن استخدامه في إشعال الحمامات والمواقد المنزلية والمواقد. بعد تقطير نشارة الخشب ، يضاف الدقيق الذي تم الحصول عليه إلى تربة الحديقة ، ويستخدم لمعالجة أقسام النبات.