Комплексная переработка сосны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Характеристика состава биомассы сосны

1.1 Химический состав биомассы сосны

1.2 Химический состав древесины сосны

1.3 Химический состав коры сосны

1.4 Химический состав зелени сосны

2. Общие характеристика комплексной переработки древесины сосны

2.1 Переработка древесины сосны

2.2 Основные продукты, получаемые при сульфатной варке древесины

2.3Схема гидролиза древесины

2.4 Переработка коры сосны

2.5 Переработка сосновой хвои

Список использованных источников

1. Характеристика состава биомассы сосны

1.1 Химический состав биомассы сосны

Древесина различных пород состоит почти из одних и тех же главнейших компонентов. По их количеству древесные породы отличаются друг от друга, образуя две основные группы: хвойные и лиственные. Сосна, которая относится к хвойным породам, характеризуется по сравнению с лиственными большим содержанием смолистых веществ и лигнина, а также большим содержанием гексозанов (манан и галактан). При этом содержание основных компонентов может немного отличаться в зависимости от условий произростания конкретного дерева. Также, рассматривая числовые значения содержания разных компонентов древесины следует помнить, что они могут быть различны в зависимости от выбранных методов анализа древесины.

1.2 Химический состав древесины сосны

Химический состав древесины меняется незначительно по высоте ствола. При этом, свежие пни и корни по составу мало отличаются от основной массы ствола. Хотя, пнево-корневая древесина содержит большее количество смолистых веществ, которое у сосны составляет 7,5 % [ Никишов В.Д. Комплексное использование древесины Учебник для вузов Лесная промышленность 1985, 264 с., с.10], однако при химической переработке может перерабатываться вместе со всей древесиной. Некоторое различие состава наблюдаются по диаметру ствола. Например, у хвойных пород экстрактивных веществ немного больше в ядре по сравнению с заболонью. В древесине ветвей немного больше пентозанов и водорастворимых веществ чем в стволе и немного меньше целлюлозы. Поскольку эти отличия , как правило, не превышают нескольких процентов, то отходы разных частей ствола целесообразно перерабатывать вместе.

Табл. №1 Химический состав сосны обыкновенной (Ленинградская область)

1.3 Химический состав коры сосны

Химический состав коры сосны отличен от состава древесины. Кора содержит целюлозы в два раза меньше по сравнению с древесиной, лигнина в полтора раза меньше. В коре больше водорастворимых веществ, основную часть которых составляют дубильные вещества фенольной природы, также уроновые кислоты (пектин). Важно отметить, что в спиртовом экстракте сосновой коры кроме смоляных кислот присутствует значительное количество жирных кислот и алифатических спиртов (хвойный воск).

Табл.№2 Химический состав коры сосны обыкновенной

1.4 Химический состав зелени сосны

Хвоя сосны характеризуется по сравнению с остальной биомассой сосны большим содержанием экстрактивных веществ, которые составляют более трети ее сухой массы. В зависимости от выбора растворителя удается извлечь различное количество экстрактивных веществ. Например, бензин дает выход экстрактивных веществ около 13-15% от сухой массы хвои, этилацетат - 10%, горячая вода - 19-24% [ Комплексная химическая переработка древесины ред. Ковернинский И.Н. Архангельск 2002, 344 с., с. 246]. Выход хлорофилла составляет от 0,5 до 3 г на 1 кг сухой массы сосновой зелени. Приблизительно половина массы хвои образована полисахаридами и лигнином. Среди полисахаридов преобладают гемицеллюлозы.

Летучую часть экстрактивных веществ составляют в основном терпены и терпеноиды (табл.), среди которых преобладает б-пинен.

Табл.№3 Состав эфирного масла гексанового экстракта древесной зелени сосны обыкновенной, % к эфирному маслу [ Речкина Е.А., Губаненко Г.А., Рубчевская Л.П. Особенности производства пектиновых веществ из хвойного сырья // Современные наукоемкие технологии 2010, №1, с. 35-38.]

Нелетучую часть веществ хвои растворимых в неполярных растворителях представляет собой так называемый хвойный воск. Это светло-зеленый порошок или темный сплав с характерным хвойным запахом. Состоит из смеси эфиров жирных кислот (70-80%), свободных жирных и смоляных кислот (10-15%), неомыляемых веществ (9-12%) и производных хлорофилла (около 3%) [5, c. 255].

2. Общие характеристика комплексной переработки древесины сосны

1. Поскольку все части сосны - древесина, пни и корни, кора и зелень содержат значительное количество неполярных экстрактивных веществ (эфирное масло, воск, смолы и т.д.), то первой стадией переработки следует выбрать извлечение этих веществ неполярным растворителем, например, бензином [ Кутакова Н.А., Селянина С.Б., Орлова Н.В. Комплексная переработка древесины. Часть 1. Технология лесохимических производств. Учебно-методическое пособие, Архангельск 2006, 49 с., с.15.].

2. Поскольку некоторые части сосны (кора и зелень) содержат значительные количества водорастворимых веществ (танинов), то на второй стадии следует эти вещества извлечь с помощью воды [7].

3. Третьей стадией может быть извлечение пектина (в случае зелени и коры) и гемицеллюлоз (в случае древесины и корней). Гемицеллюлозы извлекаются обработкой древесины водными растворами кислот при нагревании. Получается кислый водный раствор моносахаридов - гексоз и пентоз [7].

4. После этого в твердом остатке присутствуют только целлюлоза и лигнин. Целлюлозу можно превратить в глюкозу обработкой кислотой при нагревании. Глюкозу далее можно ферментировать в спирт или другие продукты. Твердый остаток после этой обработки представляет собой почти сам лигнин [7]. Или можно получать целлюлозу сульфатной варкой.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общая схема переработки биомассы сосны

Схема переработки разных частей сосны будет немного отличаться в зависимости от особенностей конкретной части. Например, стадию извлечения танинов из древесины можно не проводить, поскольку их содержание незначительно. При этом, из коры и зелени, танины извлекать следует обязательно, поскольку они содержатся в значительном количестве и их присутствие в других продуктах переработки сделает их непригодными к использованию. Например, пектин с примесью танинов будет непригоден для производства мармелада из-за горького вкуса и коричневого цвета.

2.1 Переработка древесины сосны

Основным химическим компонентом древесины сосны, сосновых пней и корней является целлюлоза. Существует два основных принципиально разных подхода к химической переработке целлюлозного сырья [7]:

-первый направлен на выделение чистой целлюлозы путем перевода в раствор гемицеллюлоз и лигнин, с последующим получение продуктов на основе целлюлозы - простых ефиров целлюлозы, сложных ефиров целлюлозы, вискозы и пр.;

-второй направлен на превращение целлюлозы в глюкозу, действием кислот при нагревании, с последующим получением продуктов из глюкозы - этилового спирта, молочной кислоты, бутадиена методом Лебедева и пр.

Сосна из-за высокого содержания смол и водорастворимых фенольных соединений плохо поддается сульфитной варке. Однако для бисульфитного, сульфатного и некоторых других методов варки может быть использована [5, стр. 13]. Например, для сульфатного метода варки свойства растительного сырья не имеют решающего значения и при необходимости сульфатным методом можно получать целлюлозу из древесины сосны, пней, корней и даже из твердого остатка после экстрагирования хвои. Но при этом следует помнить, что качество целлюлозы зависит от вида сырья.

2.2 Основные продукты получаемые при сульфатной варке древесины

Целью сульфатной варки является получение целлюлозы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные продукты химической переработки целлюлозы

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.3 Схема гидролиза древесины

Целью гидролиза древесной массы является получение глюкозы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидролизная глюкоза чаще всего сбраживается в этиловый спирт, который в некоторых странах используют в качестве добавки к топливу автомобилей. Кроме того, глюкоза может быть превращена в другие продукты с помощью микроорганизмов. Например, известно молочнокислое брожение, лимоннокислое брожение, бутиратное брожение, глицериновое брожение и др. Особый интерес представляет спиртовое брожение. Для превращения глюкозы в спирт используют дрожжи. Это живые организмы, которые питаются глюкзой и получают энергию, превращая ее в спирт. При этом дрожжевая масса увеличивается. После проведения процесса дрожжи выделяют из реакционной среды и используют в качестве белковой добавки к корму животных (так называемые “кормовые дрожжи”).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Из пентоз, которые образуются во время предварительного гидролиза, получают фурфурол. Из фурфурола и его производных получают фурановые смолы. переработка сосна гидролиз экстракция

Одной из проблем гидролизного производства является накопление отвалов лигнина. Лигнин может быть превращен при окислении в ароматические альдегиды, например в ванилин.

2.4 Переработка коры сосны

Кора сосны характеризуются большим содержанием экстрактивных веществ по сравнению с древесиной. Для извлечения экстрактивных веществ из древесной коры целесообразно использовать ее последовательную экстракцию растворителями с возрастающей полярностью [ Бутылкина А.И., Левданский В.А., Кузнецов Б.Н. Изучение состава экстрактивных веществ, выделенных из коры сосны различными методами // Химия растительного сырья 2011, №2, с. 77-82.]. Применение этого подхода позволяет наиболее полно извлечь экстрактивные вещества. Первая стадия состоит в экстракции коры гексаном с целью выделения смолистых веществ - так называемого “хвойного воска”, который обладает биоцидными и гидрофобными свойствами и может использоваться в фармацевтической и косметической промышленности.

Если переработка коры ориентирована на получение дубильных веществ и пектинов, то после извлечения воска проводят последовательно экстракцию спиртом и водой. Объединение спиртового и водного экстрактов дает дубильный экстракт с выходом около 10% по массе. Дальнейшая обработка остатка коры 1%-ным водным раствором соляной кислоты позволяет получить пектиновые вещества с выходом 4%. Пектиновые вещества представляют собой кислые полисахариды, основной составной частью макромолекул которых является остаток D-галактуроновой кислоты. Пектины обладают желирующими свойствами, используются в производстве продуктов питания и в фармацевтике. Следует отметить, что пектины, в основном, производятся из жома сахарной свеклы, яблок, кожуры цитрусовых.

Альтернативная схема переработки коры позволяет получить проантоцианидины и пектин. Обычным источником проантоцианидинов является виноград (семена, кожица, гребни) и кора сосны приморской. Проантоцианидины относятся к полифенольным соединениям и являются широко применяемыми антиоксидантами растительного происхождения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема переработки коры сосны [8].

Еще одна схема комплексной переработки коры сосны направлена на получение окрашенных антоцианидинхлоридов, которые обычно получают из плодоовощного сырья и используются в качестве красителей в пищевой промышленности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.5 Переработка сосновой хвои

Хотя основную массу хвои составлят нерастворимые полисахариды и лигнин, все же ее наибольшую ценность представляют экстрактивные вещества, значительную часть из которых относят к биологически активным веществам. Соответственно, ее переработка должна быть направлена именно на получение экстрактивных веществ. При этом сначала отделяют летучую часть веществ - эфирное масло, потом--смолистые нелетучие вещества, потом водорастворимые вещества. Из твердого остатка могут быть сформированы топливные пеллеты или он может быть использован для получения сульфатной целлюлозы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема переработки сосновой хвои

Список использованных источников

Никишов В.Д. Комплексное использование древесины Учебник для вузов Лесная промышленность 1985, 264 с., с.10

2 Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы АН СССР 1962, 711с., с. 510.

3 Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров Учебник для вузов СПбЛТА, 1999, 628с., с. 189.

4 Богомолов Б.Д. Химия древесины и основы химии высокомолекулярных соединений М. Лесная промышленность 1973, 399с., с. 35.

5 Комплексная химическая переработка древесины ред. Ковернинский И.Н. Архангельск 2002, 344 с.

6 Речкина Е.А., Губаненко Г.А., Рубчевская Л.П. Особенности производства пектиновых веществ из хвойного сырья // Современные наукоемкие технологии 2010, №1, с. 35-38.

7 Кутакова Н.А., Селянина С.Б., Орлова Н.В. Комплексная переработка древесины. Часть 1. Технология лесохимических производств. Учебно-методическое пособие, Архангельск 2006, 49 с., с.15.

Размещено на Allbest.ru