Презентация Хімічні властивості деревини і кори. Елементний склад. Вміст основних органічних речовин онлайн

Содержание слайда: Лекція 4 Хімічні властивості деревини і кори. Елементний склад. Вміст основних органічних речовин

Содержание слайда: Деревина складається на 99 % з органічних речовин. Елементарний хімічний склад деревини майже однаковий для всіх порід. В середньому суха деревина (висушена при 103 С) містить, %: Деревина складається на 99 % з органічних речовин. Елементарний хімічний склад деревини майже однаковий для всіх порід. В середньому суха деревина (висушена при 103 С) містить, %: вуглецю С - 50; кисню О2 -43; водню H - 6,3; азоту N - 0,04-0,26 мінеральних сполук, поєднання Са, К, Nа, Мg, Р, S та ін.0,3-1,2 (які визначаються при спалюванні деревини). Частина сполук розчинена в воді: поташ К2СО3, та сода Nа2 СО3, з нерозчинених - солі кальцію (СаСО3-вуглекисле вапно).

Содержание слайда: Схематичне зображення хімічного складу деревини

Содержание слайда: Клітинні стінки деревини збудовані з органічних сполук, що представлені: целюлозою, Клітинні стінки деревини збудовані з органічних сполук, що представлені: целюлозою, лігніном геміцелюлозою. Деревина хвойних порід відрізняється більшим вмістом целюлози, а листяних - пентозанів. В деревина ранньої зони містить целюлози більше, ніж пізня зона. Гілки мають менше целюлози на 3-10% ніж стовбур. У корі концентрується більшість мінеральних сполук, а целюлози - менше. Кора містить суберін.

Содержание слайда: Целюлоза Целюлоза - основний компонент деревини. За масою складає майже 50% деревинної речовини. Густина - 1,54-1,58 г/см3. Це стійка органічна сполука білого кольору. Це - високомолекулярний лінійний полімер (полісахарид), при хімічному розкладі якого за допомогою мінеральних кислот утворюється простий цукор -глюкоза. Як і крохмаль целюлоза має формулу (С6Н1005)n - де n - ступінь полімеризації. За своєю структурою целюлоза складається з ланцюга, ланками якого є глюкозні залишки, кількість яких 5000-10000. Кожна пара пов"язаних між собою глюкозних залишків утворює целобіозу.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Геміцелюлози Геміцелюлози - до цієї групи відносяться полісахариди, що знаходяться в стінках клітин деревини та відрізняються від целюлози тим, що розчиняються у мінеральних розчинниках. Це пояснюється меншою довжиною макромолекул (ступінь полімеризації до 200) і меншою молекулярною масою. У клітинній стінці деревини з цієї групи полісахаридів зустрічаються пентозани (С5 Н8 О4)n і гексозани (С6 Н10 О5)n. Листяні породи мають високий вміст пентозанів, з яких на практиці можна отримувати спирти. За останніми даними до складу геміцелюлоз входять не тільки гомополімери ( які складаються з однакових елементарних ланцюгів), але й сополімери (різні ланцюги) - арабогалактан, який розчиняється у воді ( його вміст в деревині модрини становить майже 25%).

Содержание слайда: На відміну від целюлози геміцелюлози виробляють більш ніж одну різновидність цукру при гідролізі. Відносні кількості цих цукрів помітно коливаються у різних порід. Листяні породи мають 20-30% геміцелюлоз із ксилозою - як основний цукор. До основного полімерного ланцюга приєднуються у менших кількостях арабіноза, маноза тощо. На відміну від целюлози геміцелюлози виробляють більш ніж одну різновидність цукру при гідролізі. Відносні кількості цих цукрів помітно коливаються у різних порід. Листяні породи мають 20-30% геміцелюлоз із ксилозою - як основний цукор. До основного полімерного ланцюга приєднуються у менших кількостях арабіноза, маноза тощо. Хвойні - 15-20%, основний цукор - маноза, а ксилоза, арабіноза - в менших кількостях. У виробництві паперу геміцелюлози відіграють важливу роль у зчепленні волокон.

Содержание слайда: Лігнін Лігнін - зустрічається у вигляді міжклітинної речовини. Це ароматична сполука, хімічна природа якої ще недостатньо вивчена, тому що в процесі виділення з деревини природній лігнін зазнає перетворень і відрізняється один від одного залежно від способу отримання ( м.б. жовтим та коричневим). Лігнін хімічно менш стійкий ніж целюлоза. Це використовують для виділення целюлози з деревини, але він стійкіший проти грибів і бактерій. За t= 130 °С лігнін стає пластичним, а при охолодженні твердіє. Цю властивість використовують в технології склеювання плитних матеріалів, паливних брикетів.

Содержание слайда: Використання лігніну обмежене із-за невивченності фізико-хімічних властивостей. Використання лігніну обмежене із-за невивченності фізико-хімічних властивостей. Деревні волокна з яких виділено лігнін - напівфабрикат при виробництві паперу. На целюлозно-паперових комбінатах створюють спеціальні споруди для очищення використаної води від лігніну та інших шкідливих сполук. Сам виділений лігнін використовують як паливо для регенерації варочних розчинів. Ще застосовується як додаток для розчину глини для буріння нафтових свердловин; в гумовій, цементній промисловості; для отримання ваніліну та розчинників.

Содержание слайда: Екстрактивні речовини Екстрактивні речовини визначають колір, запах, смак, біостійкість, вогнестійкість тощо. Це - таніди та інші поліфеноли, фарбуючі речовини, ефірні масла, жири, смоли, віск, камеді, крохмаль тощо. В цю групу входять речовини, які можуть бути виділені з деревини та кори шляхом екстракції водою та органічними розчинниками. Водою екстрагуються дубильні та фарбуючі речовини, камеді. Дубильні речовини, основну частину яких складають таніди - похідні багатоатомних фенолів, використовуються для виправлення сирої шкіри. Оброблена шкіра не розбухає в воді, стає еластичною, стійкою проти гниття.

Содержание слайда: Камеді - водорозчинні смолоутворюючі речовини, що складаються в основному з полісахаридів (арабогалактана тощо). Камеді - водорозчинні смолоутворюючі речовини, що складаються в основному з полісахаридів (арабогалактана тощо). Фарбуючі речовини жовтого, коричневого, червоного та синього кольору містяться в порожнинах клітин деревини (особливо в ядрі) та корі. Органічними розчинниками (ефір, спирт, ацетон, бензол тощо) з деревини м.б. виділені різні за хімічним складом речовини: смоляні і жирні кислоти; віск; стеарин.

Содержание слайда: В деревині і корі хвойних порід у смоляних ходах утворюється живиця. До складу живиці, яку отримують із сосни спеціальним підсочуванням (нанесенням ран - кара - на живий стовбур сосни), входить,%: каніфолі -70, скипидару - 24, води - 5,5, домішок-0,5. Живиця та продукти її переробки використовуються для виробництва фарб, ліків, крему для взуття. В деревині і корі хвойних порід у смоляних ходах утворюється живиця. До складу живиці, яку отримують із сосни спеціальним підсочуванням (нанесенням ран - кара - на живий стовбур сосни), входить,%: каніфолі -70, скипидару - 24, води - 5,5, домішок-0,5. Живиця та продукти її переробки використовуються для виробництва фарб, ліків, крему для взуття. Крім соснової живиці є живиця північноамериканських, сибірських та кавказських ялиць - канадської, бальзамічної. Канадський бальзам (має коеф. заломлення світла як у скла), використовується для склеювання оптичних лінз, мікроскопічних постійних препаратів, для рисунку на фарфорі, у фармацевтичній промисловості. Венеціанський терпентин отримують з модрини європейської і використовують в кераміці, живопису, реставрації картин.

Содержание слайда: Латекс - сік каучуконосів. Латекс - сік каучуконосів. Каучук - сировина для виготовлення гуми, отримують з листяної породи - гевеї бразильської. До каучуку додають сірку ( в кількості 25-50% ) і отримують ебоніт. Алкалоїди - гетероциклічні продукти з атомами N в циклі. Входять в склад кори, плодів (хінін, стріхнін, кофеїн тощо). Більшість алкалоїдів використовують як ліки, а деякі (отруйні) для виготовлення інсектицидів. Деревина деяких порід, переважно тропічних містить отруйні речовини. При механічній обробці порох може викликати захворювання шкіри.

Содержание слайда: Способи виготовлення целюлози Виготовлення целюлози базується на розщепленні менш стійких лігніну та геміцелюлоз в клітинній стінці деревини. 2 способи мають практичне застосування: кислотний та лужний. Сировиною є тріска, яку виготовляють з балансів, шляхом подрібнення на рубильних машинах; використовуються також відходи лісопиляння і заготівок.

Содержание слайда: Кислотний Кислотний. Тріску завантажують у котел, додають сульфітну варильну кислоту Са(НSО3) + Н2SО3, і варять при 130-150 °С та 0,5-1 МПа протягом 5-12 год. У процесі варіння розщеплюється| лігнін і частково гідролізується геміцелюлоза. Варіння завершується отриманням целюлозної маси і розчину сульфатного лугу. Використання хвойної деревини - небажано, тому що обладнання треба очищувати від смоли. Потім целюлозу очищують від лігніну (різні ступінь делігніфікації: <2% - м"яка; 2-3,5% - середньої жорсткості; >3,5% - жорстка, це низькоякісна, іде на картон). Кращі сорти, що підлягають подальшій хімічній обробці називаються віскозною целюлозою.

Содержание слайда: Лужний Лужний - найпоширеніший, використовують всі породи. Подрібнену на тріску деревину завантажують у котли 75-160м3 , який заповнюють розчином їдкого натрію NaOH і сірчистого натрію Na2S. Варять 3...5 годин при 170-180 °С 0,8-1,0МПа. Розчин варильний після регенерації знову використовують, це сприяє меншому забрудненню водойм.

Содержание слайда: Целюлоза як сировина широко використовується в хімічній промисловості. Середній вихід целюлози становить 40-50% від маси сировини. Целюлоза як сировина широко використовується в хімічній промисловості. Середній вихід целюлози становить 40-50% від маси сировини. при взаємодії з 20% розчином NaOH- лужна целюлоза - віскоза; під дією сірчаної кислоти віскозу переробляють на штучний шовк та корд для шин; - суміш азотної та сірчаної кислот - нітроцелюлоза; - при незначних домішках в розчині нітратів - кіноплівка, целулоїд; при значних - бездимний порох; - домішок оцтового ангідріду + каталізатор + розчинник оцтової кислоти - ацетатцелюлоза - негорючі кіноплівки, ацетатне волокно; - водовідштовхуючі тканини.

Содержание слайда: Гідроліз деревини Гідроліз. Деревина гідролізується у водному розчині мінеральних кислот. При цьому гідролізується не тільки геміцелюлоза, як це спостерігається при варінні целюлози, а й целюлоза в прості цукри (глюкоза, ксилоза тощо), з яких після хімічної переробки отримують ксиліт, сорбіт тощо. Гідроліз дає змогу раціонально використовувати усі відходи деревини (лісопиляння, лісорозробки низькосортної дров"яної деревини). Попередньо всі грубомірні відходи подрібнюються на тріску. У промисловості використовують розбавлену сірчану кислоту (0,5-0,6%), яку нагрівають до 140-150 °С, і заповнюють гідролізний апарат тріскою. Апарати мають різний об"єм (18-160 м3). При температурі 140-150 °С гідролізуються геміцелюлози, і лише при 180-190 °С починає гідролізуватися целюлоза. У процесі охолодження гідролізату конденсується фурфурол, що має запах свіжого хліба.

Содержание слайда: Використання фурфуролу - пластмаси, смоли, медичний препарат фурацелін, отрутохімікати проти комах і грибів. Велику кількість фурфуролу отримують з порід, багатих пентозанами (береза, осика). Використання фурфуролу - пластмаси, смоли, медичний препарат фурацелін, отрутохімікати проти комах і грибів. Велику кількість фурфуролу отримують з порід, багатих пентозанами (береза, осика). Гідролізат нейтралізують гашеним вапном (молоком) і перетворюють у сусло, яке поміщають у чани для бродіння. Під дією ферментів цукри бродять, утворюється етиловий спирт і виділяється вуглекислий газ, який використовують для виготовлення рідкої вуглекислоти і сухого льоду. Етиловий спирт - цінний технічний продукт - для приготування синтетичного каучуку, лаків, фарб, лікарських препаратів, харчових продуктів тощо. В харчовій промисловості. Залишок після виділення спирту ( барда) містить пентозани, з яких отримують кормові дріжджі, що містять до 85% білків.

Содержание слайда: Піроліз деревини Піроліз . Процес нагрівання і розкладу деревини в закритих ретортах без доступу повітря. У реторту завантажують деревину для термічного розкладу і нагрівають до 450-550 °С. Регулюється температура за допомогою пірометра. До реторти приєднаний патрубок для відводу парогазів і подальшого відокремлення газу від рідини. Етапи: - сушіння до 150 °С (виділяється вода), в діапазоні 130-150 °С розкладаються геміцелюлози і в конденсаті з'являється частка продуктів розкладу; - суха перегонка (піроліз) 150-350 °С; у дистиляті з'являється цілий ряд органічних продуктів і виділяються гази. В цій стадії бурхливо виділяється теплота в процесі розкладу деревини (275-285 °С). - стадія прожарювання (350-400 °С) - із деревного вугілля виділяються до 27% смоли і велика кількість неконденсованих газів. Утворюється: деревне вугілля -30%; рідкий продукт (жижка) - 50% і гази -20%.

Содержание слайда: Деревне вугілля усіх порід має однаковий склад органічної маси, %: Деревне вугілля усіх порід має однаковий склад органічної маси, %: вуглецю - 82,5; водню - 4; кисню з невеликою домішкою азоту - 13,5. Домішки золи становлять - 2,5-3,5%. Теплотворна здатність деревного вугілля в 2 рази вища від деревини (до 39 кДж·кг-1). Використовується в металургії для виплавки кольорових металів і феросплавів, для очищення цукру, виготовлення електродів, у медицині тощо. Рідкий дистилят - сирий деревний оцет. В кислотній групі переважає оцтова кислота (75-80%) і метиловий спирт. В осаді рідкого дистиляту є смоли. Із рідкої смоли отримують антисептик креозот, феноли для виготовлення пластмас, антиокислювач бензину тощо. Гази використовують у замкнутому циклі піролізу для підігріву сухоперегонних реторт.

Содержание слайда: Використання деревної зелені В живих клітинах, особливо в листях (хвої) є багато біологічно активних речовин: вітамінів, хлорофілу, каротину, ферментів, мікроелементів, фітонцидів тощо. У хвої вітаміну С (аскорбінової к-ти) у 6 разів більше ніж в лимонах . Лісозаготівельні підприємства виготовляють вітамінне борошно, яке додають до кормів тварин і птахів. Детальна переробка хвойної зелені дозволяє виготовляти хлорофілокаратинову пасту (мило, зубні пасти, шампуні тощо; також ліки від опіків, кровоутворююче). В хвойній зелені містяться ефірні олії - піхтове. Пресування листя та хвої - натуральний сік - парфумерія, харчова промисловість (безалкогольні напої, мармелад).