SlideShare a Scribd company logo

Technik.technologii.drewna 311[32] z1.06_u

•
•
Emotka
Emotka

Technik.technologii.drewna 311[32] z1.06_u

Education
1 of 43
Download to read offline
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Leszek Jaszczyk Chemiczny przerób drewna 311[32].Z1.06 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1 Recenzenci: dr inż. Stanisław Miklaszewski mgr inż. Halina Nowak Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Leszek Jaszczyk Konsultacja: Mgr inż. Teresa Jaszczyk Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[32].Z1.06 Chemiczny przerób drewna zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik technologii drewna. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 2 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Skład chemiczny drewna 7 4.1.1. Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 9 4.1.3. Ćwiczenia 9 4.1.4. Sprawdzian postępów 10 4.2. Produkcja celulozy i papieru 11 4.2.1. Materiał nauczania 11 4.2.2. Pytania sprawdzające 20 4.2.3. Ćwiczenia 20 4.2.4. Sprawdzian postępów 22 4.3. Rozkładowa destylacja i hydroliza drewna 23 4.3.1. Materiał nauczania 23 4.3.2. Pytania sprawdzające 27 4.3.3. Ćwiczenia 27 4.3.4. Sprawdzian postępów 30 4.4. Wytwarzanie produktów z ubocznych składników drewna 31 4.4.1. Materiał nauczania 31 4.4.2. Pytania sprawdzające 33 4.4.3. Ćwiczenia 33 4.4.4. Sprawdzian postępów 36 5. Sprawdzian osiągnięć 37 6. Literatura 42
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 3 1. WPROWADZENIE Poradnik ten będzie Tobie pomocny w nabywaniu umiejętności oznaczania składu chemicznego drewna, określania metod wydzielania celulozy, przebiegu rozkładowej destylacji drewna, właściwości i zastosowania produktów przerobu żywic, produkcji celulozy i papieru oraz hydrolizy drewna. Jednostka modułowa: Chemiczny przerób drewna jest ostatnią jednostką modułu Technologia przerobu drewna. W poradniku zamieszczono: 1. Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności, które powinieneś posiadać, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej. 2. Cele kształcenia tej jednostki modułowej, które określają umiejętności, jakie opanujesz w wyniku procesu kształcenia. 3. Materiał nauczania, który zawiera informacje niezbędne do realizacji zaplanowanych szczegółowych celów kształcenia, umożliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną literaturę oraz inne źródła informacji. Obejmuje on również: − pytania sprawdzające wiedzę niezbędną do wykonania ćwiczeń, − ćwiczenia z opisem sposobu ich wykonania oraz wyposażenia stanowiska pracy, − sprawdzian postępów, który umożliwi sprawdzenie poziomu Twojej wiedzy po wykonaniu ćwiczeń. 4. Sprawdzian osiągnięć w postaci zestawu pytań sprawdzających opanowanie umiejętności z zakresu całej jednostki. Zaliczenie tego jest dowodem umiejętności określonych w tej jednostce modułowej. 5. Wykaz literatury dotyczącej programu jednostki modułowej. Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność. Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej. Wykonując sprawdzian postępów powinieneś odpowiadać na pytania tak lub nie, co oznacza, że opanowałeś materiał lub nie. Bezpieczeństwo i higiena pracy W czasie pobytu w laboratoriach, miejscach produkcji węgla drzewnego, ekstrakcji garbników i żywicy, w zakładach produkcji celulozy i papieru musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, obowiązujących podczas poszczególnych rodzajów prac.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 4 Schemat układu jednostek modułowych 311[32].Z1.06 Chemiczny przerób drewna 311[32].Z1.05 Technologia tworzyw drzewnych 311[32].Z1.02 Obróbka drewna tartacznego 311[32].Z1.04 Suszenie drewna Moduł 311[32].Z1 Technologia przerobu drewna 311[32].Z1.01 Dostawa i odbiór drewna okrągłego 311[32].Z1.03 Sortowanie materiałów tartych
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − stosować narzędzia pomiarowe zgodnie z ich przeznaczeniem, − rozpoznawać gatunki i sortymenty drewna, − organizować stanowisko pracy zgodnie z zasadami bhp, − posługiwać się normami, − wykonywać i odczytywać szkice, schematy i rysunki, − rozróżniać typowe części i zespoły maszyn, − wykorzystywać techniki komputerowe, − posługiwać się dokumentacją techniczną.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − dokonać analizy składu chemicznego drewna i określić produkty chemicznego przerobu drewna, − wyróżnić sortymenty drewna przeznaczone do przerobu chemicznego i określić wymagania im stawiane, − określić metody wydzielania celulozy z drewna i wskazać dziedziny, w których znajdują zastosowanie pochodne celulozy, − określić przebieg rozkładowej destylacji drewna, − określić właściwości i zastosowanie produktów przerobu żywic, − zdiagnozować sposoby produkcji papieru, − sklasyfikować wytwory papiernicze, − określić właściwości wytworów papierniczych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Skład chemiczny drewna 4.1.1. Materiał nauczania Podstawowe składniki drewna Drewno pod względem chemicznym stanowi konglomerat składający się z szeregu substancji występujących w różnych ilościach w zależności od gatunku, wieku i części drzewa. Substancje te połączone są ze sobą wiązaniami chemicznymi i fizycznymi lub też nie są ze sobą w żaden sposób związane. [5, s. 36] Wśród wielkocząsteczkowych związków organicznych pierwsze miejsce zajmują węglowodany typu wielocukrów, tj. celuloza i hemicelulozy. Dalsze miejsce zajmują kwasy poliuronowe, do których należą związki pektynowe i gumy drzewne. Ważnym składnikiem drewna jest lignina, zawierająca grupy metoksylowe, karbonylowe i wodorotlenowe. Pod względem funkcjonalnym w drewnie można wyróżnić: − substancję szkieletową, zbudowaną głównie z celulozy, która nadaje jej dużą wytrzymałość, zwłaszcza na rozciąganie; w skład substancji szkieletowej wchodzą również hemicelulozy; − lepiszcze, reprezentowane głównie przez ligninę; poza lignina w skład lepiszcza wchodzą substancje pektynowe, gumy drzewne i substancje śluzowate; − substancje towarzyszące, a więc żywice, woski, tłuszcze, barwniki, garbniki, alkaloidy, lateksy i inne mniej ważne substancje. [2, s. 117] Obok substancji organicznych w drewnie występują także substancje mineralne, które po spaleniu drewna dają popiół. Około 10-25% popiołu składa się z substancji rozpuszczalnych w wodzie. Są to węglan potasowy (potaż), węglan sodowy (soda) oraz inne występujące w drobnych ilościach związki potasu i sodu. W skład nierozpuszczalnej części popiołu wchodzi przede wszystkim węglan wapnia oraz magnezowe, żelazowe i manganowe sole kwasu węglowego, fosforowego i krzemowego. Celuloza Drewno zbudowane jest w 40 do 60% z celulozy. W młodych tkankach celulozowe błony komórkowe sklejone są związkami pektynowymi, natomiast w dojrzałych tkankach drzewnych substancje sklejającą stanowi lignina. Celuloza występuje w drewnie w mechanicznym i chemicznym powiązaniu z ligniną i z hemicelulozami. Celuloza, hemicelulozy i lignina stanowią ok. 96% suchej masy drewna. Celuloza techniczna (masa celulozowa) jest półfabrykatem do produkcji cennych materiałów. Najszersze zastosowanie znajduje w produkcji papieru i tkanin. W Polsce podstawowym surowcem do wytwarzania celulozy jest drewno świerkowe, jodłowe i sosnowe, a w mniejszych ilościach również bukowe i brzozowe. Drewno iglaste zawiera więcej celulozy niż drewno liściaste, a długość i smukłość włókna celulozowego kształtuje się w drewnie iglastym lepiej niż w drewnie liściastym. W drewnie tego samego gatunku wydajność celulozy zależy od ciężaru właściwego, natomiast w drewnie wąskosłoistym znajduje się więcej celulozy niż w szerokosłoistym. Na wydajność celulozy wpływa również siedlisko i pochodzenie regionalne drewna. Wyższą wydajność celulozy obserwuje się z drewna drzew rosnących w klimacie surowym (północna półkula lub warunki górskie).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 8 Hemicelulozy Udział hemiceluloz wynosi zależnie od gatunku drewna od 18 do 35%. Mianem hemiceluloz określa się węglowodany nie rozpuszczające się w wodzie, ulegające hydrolizie w czasie gotowania z rozcieńczonymi kwasami mineralnymi. W masach celulozowych przeznaczonych do przerobu na papier pożądana jest zawartość hemiceluloz w ilości 6-8%. Ich obecność zwiększa zdolność pęcznienia masy, dzięki czemu zwiększa się zdolność spilśniania włókien i zaklejania masy papierniczej. W masach natomiast przeznaczonych do dalszego przerobu chemicznego, zwłaszcza na sztuczne włókno, obecność hemiceluloz jest niepożądana. Mają one inną niż celuloza zdolność reagowania z odczynnikami chemicznymi, co wpływa ujemnie na przebieg i wyniki procesu technologicznego. Lignina Błonnikowy szkielet błony komórkowej jest inkrustowany i otulony ligniną. [2, s. 122] Ilościowy udział ligniny w drewnie wynosi od 26 do 30%, zależnie od gatunku drewna i od stopnia zdrewnienia błony komórkowej. W porównaniu z celulozą lignina jest mniej odporna na działanie odczynników chemicznych i rozpuszcza się w alkaliach przy zwiększonym ciśnieniu i podwyższonej temperaturze. W przeciwieństwie do celulozy i hemiceluloz lignina nie ulega hydrolizie pod wpływem kwasów. Pod wpływem światła lignina żółknie i brunatnieje, dlatego papiery zawierające ścier drzewny ciemnieją. W temperaturze ok. 130 0 C lignina staje się plastyczna, a po schłodzeniu z powrotem twardnieje. Dzięki temu lignina może stanowić naturalne lepiszcze w produkcji brykietów i płyt trocinowych, płyt pilśniowych i wiórowych oraz materiał wyjściowy do produkcji mas plastycznych. Materiały zapasowe Materiałami zapasowymi w drewnie są: cukry, skrobia i tłuszcze. Materiały zapasowe stanowią podstawę procesów życiowych drzewa. Przechowywane materiały pokarmowe występują w postaci związków tłuszczowych i nierozpuszczalnej w wodzie skrobi. Komórki miękiszowe utrzymują się przy życiu przez długi czas po ścięciu drzewa, zużywając materiały zapasowe na podtrzymanie procesów życiowych. Powolne zamieranie i rozkład treści żywych komórek rozpoczyna proces zaparzenia drewna. Drewno bielaste, zawierające żywe komórki i skrobię, stanowi podłoże dla rozwoju różnego rodzaju mikroorganizmów i wskutek tego jest mniej odporne na działanie procesów rozkładowych niż drewno twardzieli. Wydzieliny drzewne Wydzieliny to substancje organiczne, które stanowią produkty przemiany materii i nie ulegają dalszym zmianom biochemicznym. Gromadzą się one we wnętrzu komórek lub tkanek drzewnych. Do ważnych gospodarczo wydzielin zalicza się żywice, olejki eteryczne, gumy, garbniki, alkaloidy i lateksy. Żywice to związki żywiczne występujące w drewnie i w korze gatunków iglastych, z wyjątkiem jodły, cisa i jałowca. Najbardziej żywiczne jest drewno sosnowe i modrzewiowe. Słabo żywiczne drewno świerkowe oraz wolne od żywicy drewno jodłowe nadają się, dzięki bezwonności, do produkcji opakowań (komplety skrzynkowe, beczki, wełna drzewna) na produkty spożywcze. Żywica i jej przetwory stanowią ważny surowiec w produkcji farb, lakierów past do obuwia i skór, w przemyśle papierniczym, mydlarskim, bednarskim i farmaceutycznym. Z kolei garbniki roślinne odgrywają w korze rolę materiałów ochronnych, a w drewnie rolę materiałów antyseptycznych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 9 Rys. 1. Składniki chemiczne drewna: igl. – drewno drzew gatunków iglastych, liśc. – drewno drzew gatunków liściastych, udział kalafonii i terpentyny podano w stosunku do żywicy [5, s. 37] 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie znasz główne związki wielkocząsteczkowe w drewnie? 2. Jaki jest skład drewna pod względem funkcjonalnym? 3. Jakie potrafisz określić substancje mineralne w drewnie? 4. Jakie przeznaczenie ma celuloza techniczna? 5. Jaki procent suchej masy drewna stanowią celuloza, hemicelulozy i lignina? 6. Jakie składniki drewna ulegają, a jakie nie ulegają hydrolizie pod wpływem kwasów? 7. Do jakiej grupy składników zaliczają się cukry, skrobia i tłuszcze w drewnie? 8. Jak narysujesz schemat budowy drewna z wyszczególnieniem głównych i ubocznych składników? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj podstawowe składniki drewna. Sposób wykonania ćwiczenia DREWNO Główne, strukturalne składniki ścian komórkowych Uboczne, niestrukturalne składniki wypełniające wnętrza komórek lub przesycające ściany komórkowe Substancje niskocząsteczkoweSubstancje wielkocząsteczkowe Polisacharydy (holoceluloza) Związki aromatyczne Celuloza Igl. 49-51% Liśc. 38-42% Hemicelulozy 24-37% Heksozany Igl. 11-13% Liśc. 5% Pentozany Igl. 8-12% Liśc. 23% Poliuronidy do 3% Lignina Igl. 28-30% Liśc. 20-22% Substancje ekstrakcyjne 2,0-25,0% Substancje nieorganiczne 0,2-1,0% Izopreno- idy Związki aromatyczne Tłuszcze 1,5% Żywica 2,5-12,0% Garbniki barwniki Glikozydy Kalafonia 60-80% Terpentyna 20-35%
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 10 Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na temat podstawowych składników drewna, 2) scharakteryzować drewno jako konglomerat chemiczny, 3) scharakteryzować podstawowe składniki drewna, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru format A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Wykonaj schematyczny rysunek głównych i ubocznych składników chemicznych drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na ten temat, 2) narysować schematycznie składniki drewna z podziałem na główne strukturalne składniki ścian komórkowych i uboczne niestrukturalne składniki wypełniające wnętrza komórek lub przesycające ściany komórkowe, 3) oznaczyć na schemacie procentowe udziały poszczególnych składników, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A-4, – ołówek/długopis, – linijka, – literatura z rozdziału 6. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) określić główne związki wielkocząsteczkowe w drewnie? ¨ ¨ 2) określić skład drewna pod względem funkcjonalnym? ¨ ¨ 3) przedstawić substancje mineralne w drewnie? ¨ ¨ 4) scharakteryzować przeznaczenie celulozy technicznej? ¨ ¨ 5) określić procentowy udział celulozy, hemiceluloz i ligniny w drewnie? ¨ ¨ 6) określić składniki drewna ulegające hydrolizie pod wpływem kwasów? ¨ ¨ 7) wyjaśnić do jakiej grupy zaliczają się cukry, skrobia i tłuszcze? ¨ ¨ 8) narysować schemat budowy drewna z wyszczególnieniem głównych i ubocznych jego składników? ¨ ¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 11 4.2. Produkcja celulozy i papieru 4.2.1. Materiał nauczania Przerób drewna na papier odbywa się w dwóch zasadniczych etapach: − wytwarzanie mas włóknistych, − przerób mas włóknistych na papier. Aby drewno przerobić na papier należy je najpierw rozdrobnić na pojedyncze włókna, a następnie z otrzymanej masy włóknistej formuje się wstęgę papieru, wykorzystując zdolność włókien roślinnych do wiązania się ze sobą. Rys. 2. Schemat przerobu drewna na masę włóknistą i papier [7, s. 8] Wytwarzanie mas włóknistych Wytwarzanie mas włóknistych polega na przerobie surowca o zwartej włóknistej budowie na papkę składającą się z luźnych włókienek. Proces taki nazywamy roztwarzaniem. [7, s. 9] Stosuje się trzy metody roztwarzania: − chemiczne, − mechaniczne, − chemiczno-mechaniczne. Metody chemiczne polegają na delignifikacji, czyli rozpuszczeniu i usunięciu większości ligniny, która nadaje spoistość tkankom roślinnym. Otrzymane w ten sposób masy włókniste nazywa się masami celulozowymi, potocznie celulozą, która jest dominującym składnikiem chemicznym. W przemyśle rozpowszechnione są dwie metody chemicznego roztwarzania: siarczanowa i siarczynowa. Metoda mechaniczna polega na mechanicznym rozwłóknieniu drewna, bez zmiany jego składu chemicznego. Surowiec jest rozdrabniany mechanicznie, w wyniku czego następuje rozdzielanie, a także miażdżenie i rozdrabnianie włókien. Uzyskana masa nosi nazwę ścieru. Mechaniczne rozwłóknianie drewna może być wspomagane termiczną obróbka surowca
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 12 w celu zmiękczenia ligniny. W ten sposób produkuje się masę defibratorową stosowaną do wyrobu płyt pilśniowych oraz półprodukty papiernicze w postaci masy termomechanicznej. Metody chemiczno-mechaniczne stanowią kombinację roztwarzania chemicznego i mechanicznego. Otrzymane w ten sposób masy są nazywane masami półchemicznymi W zależności od udziału czynnika chemicznego i mechanicznego w procesie wytwórczym masy półchemiczne dzieli się na: celulozowe wysokowydajne, półchemiczne właściwe, półchemiczne ultrawysokowydajne oraz chemotermomechaniczne i chemomechaniczne. Najważniejszymi właściwościami mas włóknistych do formowania wstęgi papieru są: stopień roztworzenia, mielność, mechaniczna wytrzymałość, barwa, czystość oraz różne cechy specjalne. Stopień roztworzenia masy charakteryzuje zaawansowanie delignifikacji surowca osiągnięte w procesie jego chemicznego roztwarzania. Liczbę roztworzenia oznacza się przez analizę zużycia środka utleniającego ligninę w określonej ilości badanej masy. Jako środka utleniającego używa się roztworu nadmanganianu potasowego lub chloru. Wyniki odpowiadające rzeczywistej zawartości ligniny uzyskuje się przy oznaczaniu liczby kappa oraz liczby chlorowej (według normy PN-70/P-50095). Stopień roztworzenia mas celulozowych jest podstawowym kryterium ich podziału na typy i odmiany. Masy celulozowe przeznaczone do przerobu chemicznego są wyłącznie źródłem czystej celulozy. Istotne znaczenie mają jedynie ich właściwości chemiczne i fizyko-chemiczne. O przydatności mas celulozowych do przerobu na chemiczne pochodne celulozy decydują takie wskaźniki jak stopień chemicznej czystości masy, stopień polimeryzacji i polimolekularności oraz chemiczna reaktywność masy w warunkach danego procesu przerobowego. Podstawowym surowcem do wyrobu mas włóknistych jest drewno. W naszej strefie klimatycznej największe znaczenie dla przemysłu celulozowo-papierniczego ma drewno gatunków iglastych: sosna, świerk i jodła oraz w mniejszym stopniu liściastych: brzoza, topola, dąb, grab, olcha. Surowiec drzewny przeznaczony do przerobu chemicznego lub fizykochemicznego obejmuje sortymenty drewna średniowymiarowego oraz małowymiarowego. Sortymenty średniowymiarowe przeznaczone do przemysłu płytowego i celulozowego obejmują papierówkę, szczapy i wałki użytkowe oraz żerdzie. W grupie sortymentów małowymiarowych szczególne zastosowanie w przemyśle płytowym mają tyczki, gałęzie i zrębki. Drewno przeznaczone na papierówkę jest wyrabiane w grupie sortymentów średniowymiarowych jako drewno okrągłe do wyrobu białego ścieru oraz jako drewno okrągłe i łupane do wyrobu mas celulozowych i półchemicznych ścierów płyt. Wyróżnia się papierówkę z drewna iglastego (sosnową, jodłową, świerkową) oraz z drewna liściastego (bukową, dębową, brzozową, topolową, osikową, olchową, grabową). Szczegółowe ustalenia wymiarów i jakości surowca drzewnego przeznaczonego na papierówkę zawiera Polska Norma PN-91/D-95018. Do wyrobu płyt pilśniowych i wiórowych służą sortymenty drewna średnio- i małowymiarowego iglastego i liściastego pozyskiwane w postaci kłód, wałków i szczap oraz żerdzi, tyczek i gałęzi jako drobnicy. Surowiec ten może pochodzić z drewna wszystkich gatunków drzew iglastych oraz drzew liściastych. Szczegółowe ustalenia wymiarów i jakości surowca drzewnego przeznaczonego do produkcji płyt pilśniowych i wiórowych zawierają właściwe normy dotyczące drewna średniowymiarowego (PN-91/D-95018) i małowymiarowego (PN-91/D-95019). Najbardziej rozpowszechnioną metodą wytwarzania mas celulozowych w Polsce jest metoda siarczanowa. Głównym ogniwem produkcyjnym procesu wytwarzania mas celulozowych siarczanowych jest roztwarzanie drewna ługiem warzelnym w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury. Do wyrobu mas celulozowych siarczanowych są
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 13 przydatne wszystkie rodzaje roślinnych surowców celulozowych. Podstawowym surowcem jest papierówka sosnowa ze względu na swoje właściwości papierotwórcze sosnowej masy siarczanowej oraz powszechność występowania. Drewno liściaste z kolei jest pełnowartościowym surowcem do wyrobu bielonych mas celulozowych siarczanowych, przeznaczonych do przerobu na papiery drukowe i do pisania. Drewno liściaste przerabia się również na masy celulozowe wiskozowe na potrzeby przemysłu włókien sztucznych. Drewno liściaste roztwarza się metodą siarczanową znacznie łatwiej niż sosnowe. Może być ono warzone w niższej temperaturze i z mniejszą ilością alkaliów. Niższa temperatura warzenia drewna liściastego powoduje zwiększenie wydajności masy celulozowej. Rys. 3. Uproszczony schemat produkcji mas celulozowych metodą siarczanową [7, s. 39] Cieczą warzelną stosowaną w procesie siarczanowego roztwarzania jest ług warzelny, który stanowi mieszaninę ługu białego i cieczy uzupełniającej. Ług biały jest końcowym produktem regeneracji chemikaliów roztwarzających. Jest to wodny roztwór wodorotlenku sodowego NaOH i siarczku sodowego Na2S. Obie te substancje biorą aktywny udział w roztwarzaniu drewna. Roztworzoną masę celulozową myje się, a oddzielony przy tym ług powarzelny kieruje się do oddziału regeneracji. Regeneracja zużytych chemikaliów pozwala na odzyskanie i wielokrotne użycie tych samych środków roztwarzających. Jednocześnie dzięki spaleniu rozpuszczonych w ługu organicznych składników drewna otrzymuje się znaczne ilości ciepła i wydatnie zmniejsza się ilość zanieczyszczeń odprowadzanych w ściekach. Niewielkie straty chemikaliów, jakie powstają w cyklu produkcyjnym, uzupełnia się siarczanem sodowym. W oddziale regeneracji używa się także wapna palonego CaO. Przygotowanie drewna Roztwarzanie drewna ługiem warzelnym Sortowanie masy Mycie masy Regeneracja alkaliów Nie bielona masa celulozowa siarczanowa Ług czarny Ług biały Na2SO4 CaO Zrębki drzewne
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 14 Wymyta i przesortowana masa celulozowa siarczanowa jest gotowym półproduktem papierniczym. Ze względu na ciemnobrązowe zabarwienie przerabia się ją głównie na papiery pakowe. Masę siarczanową można również bielić i używać do produkcji papierów białych. Ilość dozowanych alkaliów czynnych wprowadzanych do warnika jest podstawowym parametrem decydującym o jakości masy celulozowej. Dla każdego gatunku drewna określona jest minimalna ilość alkaliów, warunkująca uzyskanie masy celulozowej o określonym stopniu roztworzenia. W zależności od typu wytwarzanej masy celulozowej sosnowej ilość ta zmienia się od 17% NaOH dla najtwardszych mas celulozowych do 25% NaOH dla mas najbardziej miękkich, przeciętnie przyjmuje się 22%. Z kolei typowe zapotrzebowanie alkaliów w roztwarzaniu drewna liściastego wynosi około 20% NaOH. Duży wpływ na przebieg i wyniki procesu roztwarzania ma siarczkowość ługu warzelnego. Siarczek sodowy przyspiesza rozpuszczanie ligniny. Dla zapewnienia szybkiego przebiegu roztwarzania oraz dobrej wydajności i mechanicznej wytrzymałości masy wystarczy stosować ługi o siarczkowości 20-30%. Istotnym czynnikiem regulującym proces roztwarzania jest temperatura warzenia. Optymalna temperatura warzenia zależy od rodzaju roztwarzanego drewna, pozostałych parametrów oraz przeznaczenia masy celulozowej. Drewno sosnowe zwykle roztwarza się w temperaturze nieco powyżej 1700 C, a drewno liściaste w temperaturze niższej, dla większości gatunków liściastych ok. 1650 C. W przedziale temperatur 160-1800 C podwyższenie temperatury o 100 C przyspiesza delignifikację przeszło dwukrotnie, jest to więc sposób na skrócenie czasu warzenia. Należy jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem temperatury warzenia zwiększa się zawartość w masie nieroztworzonych cząstek drewna, tzw. niedowarków, ponieważ szybkość dyfuzji zwiększa się znacznie wolniej niż szybkość reakcji i do wnętrza zrębków nie dostaje się wystarczająca ilość alkaliów. Kolejnym parametrem procesu warzenia jest czas warzenia. Czas ten dzieli się na czas podgrzewania warnika oraz czas właściwego roztwarzania. Możliwość szybkiego podgrzewania warnika jest ograniczona czynnikami technologicznymi i technicznymi. Po pierwsze zrębki muszą być dobrze zaimpregnowane alkaliami przed osiągnięciem temperatury maksymalnej, a po drugie techniczna możliwość szybkiego ogrzania warnika zależy od temperatury początkowej ługu, wydolności aparatury grzejnej oraz parametrów pary grzejnej. Temperatura początkowa jest wypadkową temperatur zrębków i ługu warzelnego i wynosi zwykle 70-800 C. Czas warzenia w temperaturze maksymalnej zależy z kolei od rodzaju roztwarzanego drewna i żądanego stopnia roztworzenia masy celulozowej oraz od wartości pozostałych parametrów procesu. Rys. 4. Krzywa gotowania siarczanowego [7, s. 51]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 15 Aby zapewnić jednorodną jakość masy celulozowej należy kontrolować i regulować wszystkie czynniki wpływające na przebieg roztwarzania. Stała kontrola takich czynników jak wilgotność i jakość zrębków, skład ługu białego, temperatura i ciśnienie w warniku jest niezbędna z powodu ich znacznej zmienności i wpływu na efekty roztwarzania. Dla realizacji założonego przebiegu krzywej gotowania stosuje się programowane regulatory temperatury. Założona wielkość ciśnienia w warniku, w przypadku prowadzenia ciągłego gazowania terpentynowego, jest utrzymywana przez regulator ciśnienia. Kontroli i rejestracji podlega także ilość i parametry pary grzejnej podawanej do wymiennika ciepła. Instaluje się ponadto instalację alarmującą o zanieczyszczeniu ługiem warzelnym pary grzejnej w wymienniku ciepła, o nieprawidłowej temperaturze pary, o braku wody chłodzącej w wymienniku itd. [7, s. 69] W systemach sterowania procesem warzenia szerokie zastosowanie znalazły układy mikroprocesorowe i komputery. Pracują one według teoretycznego lub empirycznego modelu procesu warzenia. Ocena szybkości roztwarzania surowca jest dokonywana automatycznie na podstawie wskazań analizatorów stężenia alkaliów bądź czujników przewodności elektrycznej ługu warzelnego. Opuszczająca warnik roztworzona masa celulozowa jest zawiesiną włókien w ługu powarzelnym (czarnym). W celu oddzielenia włókien od ługu masę poddaje się myciu. Aby osiągnąć dużą sprawność mycia, przy jak najmniejszym zużyciu świeżej wody, mycie prowadzi się kilkustopniowo w układzie przeciwprądowym. Istotny wpływ na przebieg i sprawność mycia mas celulozowych ma temperatura cieczy myjącej. Ze wzrostem temperatury zwiększa się szybkość dyfuzji, a dzięki malejącej lepkości ługu, zmniejszają się opory przepływu cieczy przez warstwę włókien. [7, s. 75] Odmienną metodą roztwarzania surowców roślinnych na masy celulozowe jest metoda siarczynowa. Przez wiele lat metoda ta odgrywała dominującą rolę w produkcji mas celulozowych. Gdy opanowano technologię bielenia mas siarczanowych, metoda siarczynowa zaczęła tracić na znaczeniu. Obecnie udział mas siarczynowych w światowej produkcji mas celulozowych systematycznie zmniejsza się i wynosi poniżej 20%. Klasyczna metoda siarczynowa polegała na warzeniu drewna w wodnym roztworze wodorosiarczynu wapniowego Ca(HSO3)2 i kwasu siarkawego H2SO3. W nowoczesnych technologiach w miejsce wodorosiarczynu wapniowego stosuje się wodorosiarczyn magnezowy, amonowy lub sodowy. [7, s. 134] Pomimo nieprzydatności metody siarczynowej do przerobu drewna sosnowego, posiada ona niezaprzeczalne zalety: − uzyskiwanie jasnej barwy mas celulozowych, które można stosować w stanie nie bielonym do wyrobu niskogatunkowych papierów drukowych (gazetowych), − nieskomplikowana technologia wytwarzania mas o wysokiej jakości, przeznaczonych do przerobu chemicznego, − dobra mielność mas siarczynowych i przydatność do wyrobu papierów pergaminowych, − możliwość wykorzystania cukrów zawartych w ługach posiarczynowych do przerobu na wartościowe produkty uboczne (alkohol, drożdże). Schemat produkcji mas celulozowych metoda siarczynowa jest zbliżony do schematu produkcji mas siarczanowych. Różnice między nimi dotyczą składu i sposobu wykorzystania roztworu warzelnego, sposobu wykorzystania ługów powarzelnych, sposobu rozwłókniania masy przed myciem i sortowaniem oraz technicznych i technologicznych szczegółów etapów produkcyjnych. Podstawowym surowcem tradycyjnych celulozowni siarczynowych jest drewno świerkowe i jodłowe. Drewno liściaste stosuje się w niewielkim tylko zakresie. Drewno sosnowe jest nieprzydatne do przerobu klasyczną metodą siarczynową wskutek dużej zawartości żywicy i obecności polifenoli skłonnych do kondensacji z ligniną.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 16 W procesie siarczynowym chemikalia roztwarzające dozuje się do warnika w ilościach znacznie większych niż wynika to z bilansu reakcji chemicznych. Pozwala to przyspieszyć impregnację i roztwarzanie zrębków. Masy papiernicze normalne roztwarza się zazwyczaj w temperaturze 135±30 C, masy pergaminowe w temperaturze mniejszej o ok. 100 C, a masy wiskozowe w temperaturze większej o ok. 100 C. [7, s. 146] Przerób mas włóknistych na papier Podstawowy materiał do wytwarzania wytworów papierniczych stanowią roślinne półprodukty włókniste. Do podstawowych rodzajów mas włóknistych w chemicznym przerobie drewna zalicza się: − masy celulozowe, − masy wysokowydajne, − masy półchemiczne. Masy celulozowe siarczynowe stosuje się do wytwarzania papieru gazetowego, papierów pakowych, drukowych, do pisania, wyrobu kartonów, bibuł, tektur, papierów mapowych, rysunkowych, podkładów papierów fotograficznych. Masy celulozowe siarczanowe stosowane są w produkcji papierów workowych, pakowych, papierów i kartonów elektroizolacyjnych i technicznych, bibułki kondensatorowej, mocnych papierów pakowych, kartonu dwuwarstwowego. Masy wysokowydajne mogą zastępować w znacznym stopniu nie bielone masy celulozowe. Są stosowane w produkcji papieru gazetowego, a także gorszej jakości papierów drukowych i pakowych, jak również wytwarzania kartonu oraz do produkcji tektur. Masy półchemiczne stanowią półprodukt papierniczy nieco gorszy od mas celulozowych. Są stosowane w produkcji kartonu na warstwę sfalowaną w tekturze falistej, tektury dachowej, grubych papierów pakowych, różnych kartonów i tektur. Rys. 5. Schemat procesu przerobu mas włóknistych na papier W zależności od postaci, w jakiej dostarczane są półprodukty włókniste do papierni i zawartości zanieczyszczeń oraz wymaganej czystości masy, przygotowanie tych półproduktów odbywa się w odpowiednio zróżnicowanych liniach technologicznych. Przygotowanie półproduktów włóknistych Mielenie półproduktów włóknistych Przygotowanie masy papierniczej Formowanie wstęgi papierniczej Prasowanie wstęgi papierniczej Suszenie wstęgi papierniczej Wykończanie i uszlachetnianie papieru
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 17 Przygotowanie półproduktów włóknistych składa się z następujących operacji technologicznych: − rozczyniania, − rozwłókniania, − oczyszczania, − sortowania, − zagęszczania. W celu zwiększenia przydatności półproduktów włóknistych do wytwarzania papieru konieczna jest odpowiednia obróbka tych półproduktów, zwana mieleniem. Polega ona na mechanicznej obróbce produktów włóknistych w środowisku wodnym. Współdziałanie obróbki mechanicznej z fizykochemicznym oddziaływaniem wody modyfikuje strukturę włókien, powodując zwiększenie giętkości i plastyczności włókien oraz skracanie i różnicowanie ich wymiarów. Kolejnym etapem produkcji papieru jest przygotowanie masy papierniczej. Obejmuje ono następujące operacje technologiczne: − dozowanie i mieszanie składników, − egalizowanie masy papierniczej, − dozowanie i rozcieńczanie masy papierniczej, − oczyszczanie masy papierniczej, − odpowietrzanie masy papierniczej, − sortowanie masy papierniczej. Otrzymywanie wstęgi papieru z zawiesiny masy papierniczej nazywa się konsolidacją wstęgi papierniczej. Proces ten polega na odwodnieniu zawiesiny masy papierniczej oraz scaleniu włókien i frakcji drobnej we wstęgę papierniczą. Po sformatowaniu i częściowym odwodnieniu wstęgę papierniczą kieruje się do części prasowej maszyny papierniczej, między dwa wałki prasy. W procesie tym struktura wstęgi ulega zagęszczeniu i wyrównaniu jak również następuje wyrównanie i wygładzenie powierzchni wstęgi. Sformowaną i częściowo odwodnioną wstęgę papierniczą o suchości 25-45% przekazuje się z części prasowej do części suszącej maszyny papierniczej. W wyniku procesów fizykochemicznych zachodzących w części suszącej maszyny następuje ostateczne ukształtowanie i utrwalenie struktury wytworu oraz rozwinięcie jego właściwości użytkowych. [4, s. 213] Ostatnim etapem wytwarzania papieru jest jego wykończanie. Do operacji wykończających zalicza się: − kalandrowanie (nadanie wstędze papieru gładkości, zwartości i połysku), − wzdłużne cięcie wstęgi papieru, − cięcie wstęgi papieru na arkusze, − sortowanie papieru, − pakowanie papieru, − przechowywanie papieru. [4, s. 253] Klasyfikacja i właściwości wytworów papierniczych Wytwór papierniczy jest tworzywem otrzymywanym we wstęgach lub arkuszach z odpowiednio przygotowanych, uformowanych, odwodnionych i wysuszonych włókien roślinnych, z ewentualnym dodatkiem wypełniaczy, środków zaklejających, barwników oraz innych pomocniczych środków chemicznych. [4, s. 16] Wytwory papiernicze, zależnie od ich gramatury, dzieli się na: − papier: wytwór papierniczy o gramaturze do 250 g/m2 , − tekturę: wytwór papierniczy o gramaturze powyżej 250 g/m2 .
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 18 Ponadto stosuje się bardziej szczegółowy podział zależny od gramatury: − do 28 g/m2 – bibułki, − od 28 do 160 g/m2 – papiery, − od 160 do 315 g/m2 – kartony, − powyżej 315 g/m2 – tektury, − 65-250 g/m2 – bibuły (nazwa stosowana dla wyrobów chłonnych). [4, s. 16] Wytwory papiernicze dzielą się na grupy, rodzaje, odmiany, klasy i gatunki. Grupa określa przeznaczenie użytkowe wytworu. W Polsce rozróżnia się 16 grup wytworów: − papiery drukowe, − papiery do maszyn biurowych i urządzeń powielających, − papiery do pisania, − papiery kreślarsko-rysunkowe, − papiery pakowe, − papiery na opakowania, − papiery okładkowe, − papiery przemysłowe i techniczne różne, − papiery elektrotechniczne, − papiery podłożowe do powlekania i nasycania, − papiery dla przemysłu tytoniowego, − papiery chłonne, − papiery higieniczne, − tektury na opakowania, − tektury introligatorskie, − tektury przemysłowe i techniczne. [4, s. 17] Rodzaj określa główny cel użytkowy wytworu należącego do określonej grupy, np. w grupie papierów drukowych wyróżnia się papiery gazetowe, ilustracyjne, afiszowe, mapowe, wartościowe, biblijne. Odmiana to dodatkowa charakterystyka uwzględniająca szczegółowe przeznaczenie wytworów, gramaturę, stan powierzchni, barwę i format. Z kolei klasa oznacza stosunek procentowy głównych grup półproduktów włóknistych użytych do produkcji danego papieru. Gatunek charakteryzuje jakość danego wytworu na podstawie porównania niektórych jego właściwości z wymaganiami zawartymi w normach. Wytwory papiernicze charakteryzują się szeroką skalą właściwości strukturalnych, mechanicznych, optycznych, ochronnych, chemicznych oraz specjalnych. Poniżej przedstawiono najważniejsze właściwości wytworów papierniczych. Tabela 1. Właściwości wytworów papierniczych [4, s. 18] Grupa właściwości Właściwość Strukturalno-wymiarowe masa jednostkowa grubość gęstość porowatość pulchność gładkość przezrocze spoistość powierzchni dwustronność anizotropia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 19 Wytrzymałościowe obciążenie zrywające samozerwalność rozciągliwość odporność na przepuklinie odporność na przedarcie odporność na naderwanie odporność na zginanie odporność na łamanie twardość ściśliwość sztywność miękkość odporność na skręcanie odporność na rozwarstwianie się Optyczne białość połysk nieprzezroczystość przezroczystość barwa Hydrofobowe i hydrofilowe chłonność wody stateczność wymiarowa skłonność do falowania stopień zaklejenia wodotrwałość Ochronne przenikalność powietrza przenikalność pary wodnej przepuszczalność wody przepuszczalność tłuszczów Dielektryczne przenikalność elektryczna wytrzymałość dielektryczna stratność dielektryczna przewodnictwo dielektryczne wyciągu wodnego zawartość cząstek przewodzących prąd Chemiczne zawartość celulozy lepkość liczba miedziowa odczyn wyciągu wodnego zawartość popiołu zawartość substancji nieorganicznych zawartość substancji organicznych Specjalne odporność na starzenie odporność na wysoką temperaturę ognioodporność odporność na ścieranie skłonność do pylenia drukowność Szczegółowy opis poszczególnych grup właściwości znajdziesz w literaturze wykazanej w rozdziale 6.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 20 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co znaczy pojęcie: roztwarzanie drewna? 2. Jakie znasz metody roztwarzania drewna? 3. Jak scharakteryzować chemiczną metodę roztwarzania drewna? 4. Jakie znasz czynniki charakterystyczne w siarczanowej metodzie roztwarzania drewna? 5. Czym różni się od metody siarczanowej metoda siarczynowa wytwarzania mas celulozowych? 6. Z jakich etapów składa się proces przerobu mas włóknistych na papier? 7. Jakie są sposzczególne etapy produkcji papieru? 8. Według jakich kryteriów klasyfikuje się wytwory papiernicze? 9. Jak określić właściwości wytworów papierniczych według grup właściwości? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj siarczanową metodę roztwarzania drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać informacje w literaturze dotyczące siarczanowej metody roztwarzania drewna, 2) scharakteryzować roztwarzanie drewna metodą siarczanową, 3) przedstawić powyższe w formie opisowej z wykorzystaniem rysunków, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Scharakteryzuj wytwarzanie mas celulozowych metodą siarczynową. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać informacje w literaturze dotyczące siarczynowej metody wytwarzania mas celulozowych, 2) scharakteryzować wytwarzanie mas celulozowych metodą siarczynową, 3) przedstawić powyższe w formie opisowej z wykorzystaniem rysunków, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 21 Ćwiczenie 3 Określ etapy i scharakteryzuj proces przerobu mas włóknistych na papier. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać w literaturze informacje na temat przerobu mas włóknistych na papier, 2) przedstawić schemat procesu przerobu mas włóknistych na papier, 3) scharakteryzować poszczególne etapy procesu przerobu mas włóknistych na papier, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 4 Przedstaw klasyfikację oraz właściwości wytworów papierniczych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać w literaturze informacje na temat klasyfikacji i właściwości wytworów papierniczych, 2) sklasyfikować wytwory papiernicze w zależności od ich gramatury, 3) określić grupy wytworów papierniczych w Polsce, 4) scharakteryzować podział na rodzaje, odmiany, klasy i gatunki, 5) przedstawić powyższe w formie opisowej, 6) zestawić w formie tabelarycznej właściwości wytworów papierniczych według grup właściwości, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 22 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) określić wyjaśnić pojęcie roztwarzania drewna? ¨ ¨ 2) określić metody roztwarzania drewna? ¨ ¨ 3) scharakteryzować chemiczną metodę roztwarzania drewna? ¨ ¨ 4) określić czynniki charakterystyczne w siarczanowej metodzie roztwarzania drewna? ¨ ¨ 5) przedstawić różnicę między metodą siarczanową i siarczynową produkcji mas celulozowych? ¨ ¨ 6) określić etapy procesu przerobu mas włóknistych na papier? ¨ ¨ 7) scharakteryzować poszczególne etapy produkcji papieru? ¨ ¨ 8) sklasyfikować wytwory papiernicze? ¨ ¨ 9) określić właściwości wytworów papierniczych według grup właściwości? ¨ ¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 23 4.3. Rozkładowa destylacja i hydroliza drewna 4.3.1. Materiał nauczania Termiczny rozkład drewna Termiczny rozkład drewna może przebiegać w warunkach pełnego lub częściowego dostępu tlenu atmosferycznego. Może odbywać się również w warunkach beztlenowych. Proces, w którym drewno poddaje się działaniu energii cieplnej przy ograniczonym dostępie powietrza jest tzw. suchą destylacją. Termiczny rozkład drewna w warunkach, w których zapewniony jest dostęp tlenu, określa się jako palenie drewna, natomiast w warunkach beztlenowych jako termolizę. Oba procesy różnią się znacznie od siebie, jak również dają w rezultacie zupełnie inne produkty rozkładu. Palenie się drewna następuje przy pełnym dostępie powietrza, jednak uzależnione jest również od takich czynników jak wilgotność drewna, zawartość w nim substancji żywicznych i tłuszczowych, jak również rozdrobnienie drewna. Produktami spalania drewna przy pełnym dostępie tlenu są: dwutlenek węgla, para wodna i popiół, stanowiący mieszaninę takich tlenków jak tlenek potasu, tlenek sodu, tlenek krzemionki itp. Przez rozkładową destylację drewna, często również określaną mianem termolizy lub pirolizy, rozumie się rozkład drewna pod wpływem wysokiej temperatury przy ograniczonym dostępie tlenu lub przy całkowitym jego odcięciu. [5, s. 116] Ilość i jakość produktów uzyskiwanych podczas termolizy drewna zależy od takich czynników jak gatunek drewna, stopień jego zagrzybienia, jego wilgotności oraz temperatury i szybkości prowadzenia samego procesu termolizy. Wyróżnia się kilka faz termicznego rozkładu drewna, które obrazuje tabela 2. Tabela 2. Przebieg termolizy drewna [5, s. 117] Faza procesu Temperatura [0 C] Tworzące się substancje do 170 Następuje proces suszenia drewna. W przypadku, gdy termolicie poddawane jest drewno drzew gatunków iglastych, oprócz wody wydzielają się również terpeny (składniki olejku terpentynowego) oraz kwasy żywiczne (będące składnikami kalafonii). Endotermiczna 170-270 Terpentyny ulegają zmianom termicznym, w wyniku czego powstają związki chemiczne zwane pirogenami, wydzielają się również gazy w postaci CO2 i CO oraz małe ilości substancji ciekłych, takich jak kwas octowy i metanol. W niewielkich ilościach zaczyna wydzielać się smoła drzewna. 270-280 Następuje częściowy rozkład węglowodanów drewna, takich jak hemicelulozy i celuloza. Powoduje to tworzenie się węgla drzewnego oraz pewnych ilości kwasu octowego i smoły. Wzrost temperatury do 3800 C powoduje rozkład termiczny ligniny, w związku z czym wzrasta ilość wydzielającego się metanolu i smoły drzewnej. W tym czasie następuje zmniejszenie wydzielania się takich gazów jak CO2 i CO, a zwiększa się wydzielanie metanu i wodoru. Egzotermiczna 400-700 Następuje tworzenie się substancji o charakterze węglowodorowym oraz mają miejsce wtórne reakcje polimeryzacji i kondensacji, w rezultacie czego wzrasta ilość tzw. karbenów. W metodach technicznych zwęglania drewna do najstarszych urządzeń należą mielerze, pracujące z wydajnością 23-27% wagowych węgla drzewnego, co odpowiada 45-70% objętościowym w przeliczeniu na wyjściowe drewno. Mielerze przenośne zaopatrzone w urządzenia chłodnicze umożliwiają pozyskiwanie poza węglem drzewnym również produktów ciekłych. [3, s. 428]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 24 Nowoczesne zakłady proces termicznego rozkładu drewna prowadzą w żelaznych retortach ogrzewanych z zewnątrz. W użyciu są dwa typy retort: leżące i stojące. Do destylacji drewna iglastego stosuje się również specjalne retorty Pritscharda, mające płaszcz wypełniony olejem. Olej ten krążąc przez podgrzewacz, ogrzewa retortę do danej, dowolnej temperatury. Innym rozwiązaniem jest urządzenie Lambiotta, które umożliwia ciągłą destylację rozkładową drewna. Wykorzystuje się w nim prawie całkowicie ciepło węgla drzewnego opuszczającego retortę. Ciepło to zużytkowuje się na podgrzewanie gazów oddających swoje ciepło drewnu. Systemem ciągłym pracują również piece tunelowe Smolnikowa, Gröndala, Kozłowa i innych. Najważniejszym produktem rozkładowej destylacji drewna jest węgiel drzewny. Najlepszy węgiel mielerzowy zawiera do 90% węgla. Dzięki zdolnościom adsorpcyjnym odgrywa on poważną rolę w wielu gałęziach przemysłu chemicznego. W handlu znajduje się węgiel w trzech podstawowych rodzajach: – węgiel generatorowy, zawierający 10-20% części lotnych, – węgiel żarzony, zawierający do 4% części lotnych, otrzymywany z węgla generatorowego przez żarzenie w temperaturze 750-8500 C, – węgiel aktywowany, występujący w różnych granulacjach i o różnych właściwościach; otrzymuje się go z węgla żarzonego przez aktywację w specjalnych piecach za pomocą np. pary wodnej. Określenie podstawowych właściwości użytkowych węgla drzewnego wykonuje się w warunkach laboratoryjnych, przeprowadzając tzw. analizę techniczną węgla drzewnego. W wyniku tej analizy wykonuje się: – oznaczanie zawartości wilgoci w węglu drzewnym, – oznaczanie popiołu w węglu drzewnym metodą powolnego spopielania, – oznaczanie zawartości części lotnych, – oznaczanie masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – oznaczanie sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – oznaczanie sumarycznego efektu cieplnego. Określenie właściwości użytkowych drzewnego węgla aktywnego przeprowadzane również w warunkach laboratoryjnych obejmuje następujące tematy: – oznaczanie zawartości wilgoci w drzewnym węglu aktywnym, – oznaczanie popiołu w drzewnym węglu aktywnym metodą powolnego spopielania, – oznaczanie masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – określanie sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – określanie sumarycznego efektu cieplnego w odniesieniu do adsorpcji acetonu i metanolu, – określanie granicznej pojemności adsorpcyjnej węgla aktywnego w odniesieniu do czterochlorku węgla metodą eksykatorową, – określanie zdolności odbarwiających węgla aktywnego w odniesieniu do błękitu metylenowego (liczba metylenowa), – określanie zdolności chłonnych węgla aktywnego w odniesieniu do jodu. Szczegółowe zasady przeprowadzenia ćwiczeń laboratoryjnych z zakresu analizy technicznej węgla drzewnego i drzewnego ziarnowego węgla aktywnego oraz niezbędne wyposażenie do ich wykonania znajdziesz w literaturze pod pozycją [1]. Węgiel drzewny znajduje zastosowanie jako materiał opałowy, węgiel generatorowy w generatorach, węgiel aktywowany (adsorpcja gazów, odbarwianie, oczyszczanie wód, w medycynie), w przemyśle metalurgicznym, w przemyśle chemicznym (do produkcji CS2, cjanków, węglików), w rolnictwie jako domieszka do pasz oraz w gospodarstwie domowym.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 25 Głównymi składnikami gazu pozyskanego w procesie termicznego rozkładu drewna są: CO2 (45-55%), CO (28-35%), CH4 (3,5-10%), H2 (1-5%), C2H4 (około 2%). Gaz zużywa się do ogrzewania retort, a nadmiar może być stosowany do innych celów grzewczych. Duże zużycie energii cieplnej na rozdział frakcji wodnej w stosowanych dotychczas urządzeniach wpływa ujemnie na całość bilansu ekonomicznego przemysłu suchej destylacji drewna. Do destylatów ciekłych zalicza się kwas octowy, metanol oraz smołę osadową i rozpuszczalną. Podczas destylacji smoły osadowej otrzymuje się oleje lekkie, ciężkie i pak. Oleje lekkie mają zastosowanie jako materiał pędny, z olejów ciężkich wyodrębnia się gwajakol i kreozot, znajdujące zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym. Z kolei smoła rozpuszczalna znajduje zastosowanie jako lepiszcze brykietów z miału węglowego. Tabela 3. Produkty termolizy drewna [5, s. 117] Wydajność [%] Substancje brzoza buk sosna Węgiel drzewny 31,8 34,9 37,8 CO2 9,9 10,9 10,1 CO 3,3 4,2 3,7 CH4 0,5 0,4 0,2 Gazy inne węglowodory 0,2 0,2 0,6 Kwas octowy CH3COOH 7,1 6,0 3,5 Metanol CH3OH 1,6 2,1 0,9 Aceton CH3COCH3 0,2 0,2 0,2 Smoła rozpuszczalna w kwasie octowym 8,1 5,9 8,0 Smoła osadowa 7,9 8,1 11,8 Woda 27,8 26,6 22,3 Hydroliza drewna Hydroliza drewna polega na działaniu na odpady drzewne, najczęściej w postaci trocin, stężonym lub rozcieńczonym kwasem siarkowym. Następuje wówczas rozkład substancji węglowodanowych drewna takich jak hemicelulozy i celuloza. [5, s. 118] Różnica między metodami rozcieńczonych i stężonych kwasów polega nie tylko na stężeniu stosowanych kwasów, ale również na warunkach hydrolizy. Rozcieńczone kwasy stosuje się działając nimi na drewno w podwyższonych temperaturach i podwyższonym ciśnieniu. Hydrolizę drewna stężonymi kwasami przeprowadza się w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem. [3, s. 412] Wyróżnia się sześć metod hydrolizy drewna rozcieńczonymi kwasami: – metoda Schollera: można w niej przerabiać różnego rodzaju odpady drzewne leśne i przemysłowe; metoda ta nie stawia żadnych wymagań co do rodzaju drewna, jego właściwości i wilgotności; polega na działaniu na rozdrobnione drewno 0,4% H2SO4 pod ciśnieniem 8 atmosfer w temperaturze od 140 do 1850 C; cukry powstałe przez hydrolizę drewna są usuwane z przestrzeni reakcyjnej, co pozwala uniknąć rozkładającego działania kwasu i temperatury; – metoda Szarkowa: polega na zraszaniu 0,5-1% roztworem kwasu siarkowego rozdrobnionego i podgrzanego do temperatury 1800 C drewna; podczas całego procesu temperatura oraz stężenie zraszającego kwasu nie ulegają zmianie; dopływ kwasu i odpływ hydrolizatu odbywa się w sposób ciągły; – metoda fińska Ant-Vuorinena: jest metoda wielostopniową, w której stosuje się kwas siarkawy; ponieważ w trakcie hydrolizy kwas siarkawy ulega w znacznym stopniu przemianie na kwas siarkowy, przyspiesza to przebieg hydrolizy i rozkład celulozy; w metodzie tej zrębki w hydrolizerach zalewa się wodą i podgrzewa do temperatury
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 26 1500 C, po czym hydrolizujący roztwór usuwa się z hydrolizera, wprowadzając SO2; takich stopni hydrolizy jest 6 do 8, przy czym w końcowej fazie danego stopnia temperatura zwiększana jest do 1800 C; – metoda Fouque: jest odmianą procesu perkolacyjnego (Szarkowa), przy czym do perkolatorów razem z rozcieńczonym kwasem siarkowym wprowadza się CO2 jako antyutleniacz zapobiegający rozkładowi cukrów; – metoda „Madison”: w przeciwieństwie do metody Schollera jest metodą perkolacji ciągłej, co powoduje skrócenie czasu hydrolizy z 15-18 do 3,5-4 godzin; stężenie stosowanego H2SO4 wynosi 0,5-0,6%; hydrolizę rozpoczyna się w temperaturze 1500 C (scukrzenie hemiceluloz), a kończy w temperaturze 1850 C (scukrzenie celulozy); stosunek ilości drewna do kwasu wynosi 1:3 (w metodzie Schollera 1:10), czego efektem jest większe stężenie cukrów w hydrolizacie; – metoda TVA: jest modyfikacją metody „Madison”; celem tej metody jest uzyskanie syropów paszowych; różnica polega na regulacji dopływu kwasu do hydrolizera za pomocą zaworu ciśnieniowego, który utrzymuje ciśnienie odpowiadające temperaturze reakcji 1800 C; po zagęszczeniu hydrolizatu opuszczającego aparat do 40% syrop używany jest jako pasza. Do metod hydrolizy drewna stężonymi kwasami należą: – metoda Bergiusa: w przeciwieństwie do metod scukrzających drewno rozcieńczonymi kwasami metoda ta wymaga surowca podsuszonego, zawierającego najwyżej 5% wody; nie nadają się tu bardzo drobne trociny i pył drzewny, ponieważ silnie pęcznieją i utrudniają proces scukrzania; wyługowane i podsuszone zrębki wprowadza się do dyfuzora, kwas solny o stężeniu 3% wprowadza się z góry dyfuzora; temperatura scukrzania waha się w granicach 25-370 C; – metoda Rheinau-Holzchemie: jest modyfikacja metody Bergiusa polegającą na tym, że hydrolizę wstępną, główną jak i przemywanie pozostałej ligniny dokonuje sie w jednym układzie; drewno poddawane jest ciągłemu działaniu kwasu w przeciwprądzie; – metoda Herenga: jest również modyfikacją klasycznej metody Bergiusa polegającą na hydrolizie drewna HCl; w tym przypadku na drewno nasycone kwasem solnym działa się w przeciwprądzie gazowym HCl, co powoduje wzrost stężenia kwasu regulującego; – metoda Szarkowa i Nikołajewej: polega na działaniu na drewno bezwodnym fluorowodorem; drewno w tej metodzie może zawierać najwyżej 2% wody; – metoda Giordani i Leone: w metodzie tej proces składa się z dwóch części: wstępnej hydrolizy rozcieńczonym kwasem siarkowym (0,1-1%) i właściwej hydrolizy stężonym kwasem siarkowym (78%); hydroliza wstępna przebiega w temperaturze 1500 C, a hydroliza właściwa w temperaturze pokojowej; – metoda ryska: polega na scukrzaniu drewna kwasem siarkowym o stężeniu 75-76%; zależnie od stopnia rozdrobnienia surowca jak i jego rodzaju w metodzie tej stosuje się moduł kwasu 1,5 do 0,3; oznacza to, że na 1 część wagową trocin dozuje się 1,5 do 0,3 części wagowych kwasu. Hydrolizat uzyskany w wyniku scukrzania drewna można dalej przerabiać w celu otrzymania takich produktów jak etanol, furfurol, drożdże, glikozę krystaliczną, ksylozę krystaliczną, kwasy organiczne lub alkohole wielowodorotlenowe. Są one surowcem wyjściowym dla syntezy wielu związków chemicznych, m.in. znajdują zastosowanie w oczyszczaniu olejów mineralnych, tłuszczów zwierzęcych i roślinnych, służą do produkcji mas plastycznych, sztucznego włókna i preparatów farmaceutycznych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 27 4.3.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co oznacza pojęcie termicznego rozkładu drewna? 2. Jakie znasz fazy procesu termolizy drewna? 3. Jak nazywamy substancje tworzące się w poszczególnych fazach procesu termolizy drewna? 4. Jakie znasz rodzaje węgla drzewnego? 5. Gdzie znajduje zastosowanie węgiel drzewny? 6. Jakie znasz produkty termolizy drewna? 7. Jakie oznaczenia wykonuje się w trakcie analizy technicznej węgla drzewnego? 8. Jakie oznaczenia wykonuje się w trakcie analizy technicznej drzewnego węgla aktywnego? 9. Jakie są metody hydrolizy drewna? 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj termiczny rozkład drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą termicznego rozkładu drewna, 2) scharakteryzować proces termicznego rozkładu drewna, 3) określić tworzące się substancje w poszczególnych fazach procesu, 4) określić i scharakteryzować produkty termolizy drewna, 5) przedstawić powyższe w formie opisowej, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – linijka, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Przeprowadź analizę techniczną wybranych właściwości węgla drzewnego w warunkach laboratoryjnych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej węgla drzewnego, 2) przygotować niezbędny sprzęt, 3) przeprowadzić oznaczenie: – zawartości wilgoci w węglu drzewnym, – popiołu w węglu drzewnym metodą powolnego spopielania,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 28 – zawartości części lotnych, – masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – oznaczanie sumarycznego efektu cieplnego, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki węgla drzewnego, – naczynie wagowe, – eksykator, – waga analityczna, – tygle porcelanowe, – szczypce laboratoryjne, – płytka ceramiczna, – rękawice termoochronne, – moździerz porcelanowy, – sito, – kolba stożkowa, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 3 Przeprowadź analizę techniczną wybranych właściwości drzewnego węgla aktywnego w warunkach laboratoryjnych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej drzewnego węgla aktywnego, 2) przygotować niezbędny sprzęt i odczynniki, 3) przeprowadzić oznaczenie i określenie: – zawartości wilgoci w drzewnym węglu aktywnym, – popiołu w drzewnym węglu aktywnym metodą powolnego spopielania, – masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – sumarycznego efektu cieplnego w odniesieniu do adsorpcji acetonu i metanolu, – granicznej pojemności adsorpcyjnej węgla aktywnego w odniesieniu do czterochlorku węgla metodą eksykatorową, – zdolności odbarwiających węgla aktywnego w odniesieniu do błękitu metylenowego (liczba metylenowa), – zdolności chłonnych węgla aktywnego w odniesieniu do jodu. 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 29 Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki węgla drzewnego, – naczynie wagowe, – eksykator, – suszarka, – waga analityczna, – tygle porcelanowe, – piec muflowy elektryczny, – szczypce laboratoryjne, – płytka ceramiczna, – cylinder szklany o pojemności 100 cm3 , – termometr o zakresie 500 C, – rękawice termoochronne, – moździerz porcelanowy, – sito, – kolba stożkowa, – czterochlorek węgla, – aceton, – błękit metylenowy, – jod w jodku potasu, – tiosiarczan sodu, – skrobia rozpuszczalna, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 4 Scharakteryzuj hydrolizę drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na temat hydrolizy drewna, 2) określić i scharakteryzować metody hydrolizy drewna kwasami rozcieńczonymi, 3) określić i scharakteryzować metody hydrolizy drewna kwasami stężonymi, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 30 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wyjaśnić pojęcie termicznego rozkładu drewna? ¨ ¨ 2) określić fazy procesu termolizy drewna? ¨ ¨ 3) określić substancje tworzące się w poszczególnych fazach procesu termolizy drewna? ¨ ¨ 4) określić rodzaje węgla drzewnego? ¨ ¨ 5) wskazać zastosowanie węgla drzewnego? ¨ ¨ 6) określić produkty termolizy drewna? ¨ ¨ 7) wyszczególnić oznaczenia wykonywane w trakcie analizy technicznej węgla drzewnego? ¨ ¨ 8) wyszczególnić oznaczenia wykonywane w trakcie analizy technicznej drzewnego węgla aktywnego? ¨ ¨ 9) scharakteryzować metody hydrolizy drewna? ¨ ¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 31 4.4. Wytwarzanie produktów z ubocznych składników drewna 4.4.1. Materiał nauczania Poza celulozą, ligniną i hemicelulozami drewno zawiera również wiele składników tzw. ubocznych. Przez składniki uboczne drewna rozumie się zarówno różnego rodzaju substancje ekstrakcyjne, jak i substancje mineralne występujące w drewnie. Większość z substancji ubocznych można usunąć z drewna za pomocą obojętnych rozpuszczalników i dlatego nazywa się je substancjami ekstrakcyjnymi. Charakter chemiczny tych substancji jest zróżnicowany. Należą do nich olejki eteryczne, żywice, woski, kwasy tłuszczowe, tłuszcze, garbniki, barwniki, białka, alkaloidy, glikozydy i sole mineralne. Substancje żywiczne, tłuszczowe, woski oraz większość związków fenolowych daje się ekstrahować za pomocą rozpuszczalników organicznych, natomiast w wodzie rozpuszczalne są stosunkowo niewielkie ilości substancji pektynowych, skrobia, gumy roślinne, kwasy organiczne oraz garbniki i barwniki. Najważniejszymi składnikami substancji ekstrakcyjnych drewna są terpeny oraz nielotne kwasy żywiczne, kwasy tłuszczowe oraz estry tych kwasów. Obecnie znane i wykorzystywane przemysłowo są trzy sposoby wyrobu produktów żywicznych: – destylacja żywicy balsamicznej, – ekstrakcja karpiny sosnowej, – przerób oleju talowego powstającego podczas otrzymywania masy celulozowej metodą siarczanową. Sosnowa żywica balsamiczna jest to naturalny wyciek z drzew sosny zwyczajnej, stanowiący mieszaninę kalafonii, terpentyny, pewnej ilości zanieczyszczeń oraz wody z opadów atmosferycznych. Przerób żywicy balsamicznej polega na oddzieleniu zanieczyszczeń i rozdzieleniu terpentyny od kalafonii. Często wyodrębnia się jeszcze frakcję pośrednią między terpentyną i kalafonią, nazywaną jako olej flotacyjny. Zanieczyszczenia dzielimy na: – nie związane z technologią pozyskiwania surowca (substancje dodane do żywicy, np. sól, piasek kamienie, wapno, barwniki), – związane z techniką żywicowania (substancje przypadkowo przenikające do surowca podczas jego pozyskiwania, np. kora, igliwie, liście, nasiona, owady). Badanie właściwości technologicznych sosnowej żywicy balsamicznej obejmuje: – oznaczanie zanieczyszczeń nie związanych z techniką pozyskiwania żywicy, – oznaczanie zanieczyszczeń związanych z techniką pozyskiwania żywicy, – oznaczanie zawartości wody zmieszanej. Analiza techniczna kalafonii balsamicznej obejmuje: – oznaczanie zawartości popiołu, – oznaczanie temperatury mięknienia, – oznaczanie liczby kwasowej, – oznaczanie stopnia krystalizacji, – oznaczanie liczby zmydlania. Analiza techniczna terpentyny i sosnowego oleju flotacyjnego obejmuje: – oznaczanie gęstości terpentyny metodą wypornościową, – oznaczanie współczynnika załamania światła, – oznaczanie liczby kwasowej, – oznaczanie pozostałości po odparowaniu, – destylację normalną terpentyny.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 32 Szczegółowe zasady przeprowadzenia ćwiczeń laboratoryjnych z zakresu badania żywicy balsamicznej i analizy technicznej kalafonii i terpentyny oraz niezbędne wyposażenie do ich wykonania znajdziesz w literaturze pod pozycją [1]. Podstawowym procesem przetwarzania żywicy jest destylacja. W procesie produkcyjnym żywica transportowana jest ze schronu ślimakiem mechanicznym do topnika, gdzie ulega stopieniu i dodaje się wówczas terpentyny. Następnie przepuszcza się ją przez filtry do odstojnika, gdzie podlega procesowi odstawania, po czym podawana jest do kolumny destylacyjnej. Substancje lotne przez chłodnicę oraz skraplacz przedostają się do flaszy florentyńskiej, gdzie olejek terpentynowy oddziela się od wody. Kalafonię natomiast spuszcza się z aparatu destylacyjnego do wykończalnika, następnie rozlewa się do naczyń. [5, s. 119] Podstawowym surowcem do ekstrakcyjnego wyrobu produktów żywicznych jest także przemysłowa karpina sosnowa. Podczas warzenia celulozy następuje odgazowanie masy warzelnej. Ulatniają się przy tym pary terpentyny, wody, alkoholu metylowego, tlenki siarki, porywając kropelki ługu. Przez skroplenie par i rozdzielenie ich we flaszy florentyńskiej można uzyskać do 9 kg surowej terpentyny na 1 t wyprodukowanej celulozy, tzn. z 5-6 mp drewna. Przy podniesieniu temperatury do 165-1750 C i wzroście ciśnienia odbywa się reakcja kwasów tłuszczowych i żywicznych ze związkami sodu zawartymi w cieczy warzelnej, w wyniku czego na powierzchni wydzielają się mydła siarczanowe. Przez gotowanie z kwasem siarkowym poddaje się je rozkładowi i w ten sposób uzyskuje się olej talowy. W jego skład wchodzą głównie kwasy żywiczne i tłuszczowe oraz sterole. Kwasy żywiczne tworzą kalafonię talową. Kwasy tłuszczowe z oleju talowego wykorzystuje się w przemyśle mydlarskim, jak również do produkcji środków flotacyjnych. [5, s. 120] Kalafonia i jej pochodne znajdują zastosowanie nie tylko w stanie naturalnym, ale również jako produkt uszlachetniony przez utlenienie niektórych składników, uwodornienie lub działanie kwasem siarkowym. Kalafonię wykorzystuje się w około siedemdziesięciu różnych dziedzinach przemysłu i gospodarki, przy czym najważniejsze z nich to przemysł chemiczny, petrochemiczny, celulozowo-papierniczy, drzewny, elektrotechniczny, maszynowy, spożywczy, metalurgiczny oraz w medycyna, rolnictwo, budownictwo i inne. Największe ilości kalafonii zużywa przemysł papierniczy do wytwarzania klejów dodawanych do mas papierniczych. Kleje stosowane w przemyśle płyt pilśniowych zwykle jako jeden ze składników zawierają kalafonię. Wchodzi ona również jako składnik wielu apretur do impregnacji tkanin w przemyśle tekstylnym. W postaci soli sodowej używa się kalafonii do produkcji mydeł, które dzięki temu zyskują odpowiednia miękkość i zdolności pianotwórcze. Duże znaczenie ma kalafonia w przemyśle lakierniczym, gdzie służy jako składnik wielu lakierów, nadając im połysk. Odpowiednio spreparowana kalafonia ma również zastosowanie w przemyśle mas plastycznych w procesie wytwarzania kauczuku syntetycznego. Najbardziej cenna terpentyna balsamiczna znajduje zastosowanie przede wszystkim jako surowiec do syntezy kamfory, kamfenu, terpinolu i terpin hydratu. Substancje te wykorzystywane są przez przemysł perfumeryjny oraz farmaceutyczny jako katalizator polimeryzacji. W najszerszym zakresie terpentyna stosowana jest jako rozpuszczalnik farb i lakierów, pokostów, past do obuwia i podłóg oraz do produkcji tworzyw sztucznych. Terpentyna jest doskonałym rozpuszczalnikiem smoły, kauczuku, tłuszczów, żywicy naturalnej, a także siarki i fosforu. Terpentyny używa się również jako substancji powodującej szybsze utlenianie, a tym samym wysychanie olejów. Dodawana jest więc do lakierów jako tzw. sykatywa. Stosuje się ja jako środek dezynfekujący a zarazem dezodorant do środków czyszczących. Obecnie największe ilości terpentyny dostarcza przemysł celulozowo-papierniczy w postaci terpentyny siarczanowej. [6, s. 84] Roztwory wodne garbników stosowane do garbowania skór uzyskuje się przez ekstrakcję środków garbujących (m.in. kory i drewna) wodą, której temperatura zależy od rodzaju
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 33 surowca. Garbniki nadają skórze zwierzęcej tak charakterystyczne właściwości jak: nieprzepuszczalność wody, odporność na działanie mikroorganizmów, elastyczność i inne. Do ważniejszych krajowych surowców garbnikowych zalicza się drewno dębowe, korę wierzbową, korę brzozową, korę świerkową. W zależności od stopnia zagęszczenia otrzymuje się ekstrakty płynne lub stałe. Zadaniem procesu ekstrakcji jest możliwie dokładne wyługowanie garbników z surowca w stanie niezmienionym. W środkach garbujących występują również trudno rozpuszczalne wysokocząsteczkowe produkty przemiany garbników. W jakiej ilości i które z tych substancji zostaną wyekstrahowane zależy od stopnia rozdrobnienia surowca, właściwości wody ekstrakcyjnej, ilości użytej wody, czasu trwania ekstrakcji, stosowanych chemikaliów i innych czynników. [5, s. 120] W wielu drzewach, zwłaszcza gatunków tropikalnych, znajdują się substancje barwnikowe. Pomimo rozwoju syntezy barwników organicznych, stosuje się do barwienia bawełny lub wełny na kolor purpurowy wyciąg z drzew brazylijskich zawierający brazylinę. Z kolei hematoksylina i hematyna stosowane są do barwienia włókien naturalnych (wełny, bawełny, lnu) na kolor czarny. W warunkach klimatycznych Polski w korze niektórych drzew, np. brzozy, dębu oraz liściach i owocach niektórych drzew i krzewów występują substancje barwnikowe, ale w tak małych ilościach, że nie mają one praktycznego znaczenia i zastosowania. Ekstrakcja drewna rozpuszczalnikami organicznymi prowadzi również do wyodrębnienia tłuszczy i wosków. Zmydlenie ekstraktu drewna iglastego pozwala wyodrębnić i rozdzielić kwasy żywiczne i kwasy tłuszczowe. W praktyce kwasy tłuszczowe pozyskuje się z oleju talowego otrzymywanego jako produkt uboczny roztwarzania drewna. Zastosowanie praktyczne znajdują wolne kwasy tłuszczowe jak również ponownie zestryfikowane. Estry nienasyconych kwasów tłuszczowych tworzą szybko schnące oleje, wykorzystywane jako środek zastępczy oleju lnianego. 4.4.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co to jest żywica balsamiczna? 2. Jakie znasz sposoby oznaczania zanieczyszczeń żywicy? 3. Jak przeprowadzić analizę techniczną kalafonii balsamicznej? 4. Jak przeprowadzić analizę techniczną terpentyny? 5. Jakie są sposoby wyrobu produktów żywicznych? 6. Jaki jest przebieg destylacji żywicy? 7. Jakie jest zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna? 4.4.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj sosnową żywicę balsamiczną i badanie jej właściwości technologicznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą sosnowej żywicy balsamicznej, 2) scharakteryzować sosnową żywicę balsamiczną, 3) określić zasady oznaczania zanieczyszczeń oraz zawartości wody zmieszanej, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 34 Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Przeprowadź analizę techniczną kalafonii balsamicznej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej kalafonii balsamicznej, 2) przygotować niezbędny sprzęt i odczynniki, 3) przeprowadzić oznaczenie: – zawartości popiołu w próbce kalafonii, – temperatury mięknienia kalafonii, – liczby kwasowej, – stopnia krystalizacji, – liczby zmydlania kalafonii. 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki kalafonii, – naczynie wagowe, – eksykator, – piec muflowy, – waga analityczna, – tygle porcelanowe, – szczypce laboratoryjne, – rękawice termoochronne, – alkohol etylowy, – fenoloftaleina, – etanol, – wodorotlenek potasu, – chlorek sodu, – kwas siarkowy, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 3 Przeprowadź analizę techniczną terpentyny. Sposób wykonania ćwiczenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 35 Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej terpentyny, 2) przygotować niezbędny sprzęt i odczynniki, 3) przeprowadzić oznaczenie: – gęstości terpentyny, – współczynnika załamania światła, – liczby kwasowej, – pozostałości po odparowaniu. 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki terpentyny, – waga hydrostatyczna, – termometr rtęciowy, – mikrobiureta, – kolba stożkowa, – parownica niklowa lub porcelanowa, – alkohol etylowy, – wodorotlenek potasu, – fenoloftaleina, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 4 Scharakteryzuj zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na temat zastosowania produktów z ubocznych składników drewna, 2) określić produkty z ubocznych składników drewna, 3) scharakteryzować zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 36 4.4.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzować żywicę balsamiczną? ¨ ¨ 2) określić metody oznaczania zanieczyszczeń żywicy? ¨ ¨ 3) przeprowadzić analizę techniczną kalafonii balsamicznej? ¨ ¨ 4) przeprowadzić analizę techniczną terpentyny? ¨ ¨ 5) określić sposoby wyrobu produktów żywicznych? ¨ ¨ 6) scharakteryzować przebieg destylacji żywicy? ¨ ¨ 7) określić zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna? ¨ ¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 37 5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem pytań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań o różnym stopniu trudności. Są to zadania wielokrotnego wyboru. Do każdego pytania dołączone są cztery możliwości odpowiedzi, tylko jedna jest prawidłowa. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową. 6. Test składa się z dwóch części o różnym stopniu trudności: I część – poziom podstawowy, II część - poziom ponadpodstawowy. 7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 8. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie czas wolny. 9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut. Powodzenia !
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 38 ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Substancja szkieletowa drewna zbudowana jest głównie z: a) celulozy, b) ligniny, c) żywicy, d) garbników. 2. Jaki udział procentowy w budowie drewna ma celuloza? a) 20-40%, b) 40-60%, c) 60-80%, d) 80-90%. 3. Podstawowym surowcem do wytwarzania celulozy w Polsce jest drewno: a) dębowe i olchowe, b) topolowe, osikowe i wierzbowe, c) świerkowe, jodłowe, sosnowe i brzozowe, d) grochodrzewowe, jesionowe i jaworowe. 4. Żywice, olejki eteryczne i garbniki zalicza się do: a) materiałów zapasowych drewna, b) lignin, c) hemiceluloz, d) wydzielin drzewnych. 5. Chemiczne roztwarzanie drewna przeprowadza się metodami: a) chlorowodorową i wodorotlenową, b) siarczanową i siarczynową, c) potasową i magnezową, d) kadmową i uranową. 6. Co jest cieczą warzelną w procesie roztwarzania siarczanowego? a) ług warzelny, b) kwas siarkowy, c) kwas siarkawy, d) wodorotlenek potasu. 7. W metodzie siarczynowej masy papiernicze normalne roztwarza się w temperaturze: a) 1650 C, b) 1550 C, c) 1450 C, d) 1350 C 8. Egalizowanie masy papierniczej jest operacją technologiczną wchodzącą w skład: a) przygotowania półproduktów włóknistych, b) przygotowania masy papierniczej, c) wykańczania masy papierniczej, d) składowania papieru.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 39 9. Papiery to wytwory papiernicze o gramaturze: a) 315-360 g/m2 , b) 160-315 g/m2 , c) 28-160 g/m2 , d) 1-28 g/m2 . 10. Termiczny rozkład drewna w warunkach beztlenowych to: a) termoliza, b) hydroliza, c) analiza, d) dializa. 11. Co jest najważniejszym produktem rozkładowej destylacji drewna? a) smoła drzewna, b) węgiel drzewny, c) krzemionki, d) popiół. 12. Jakie zastosowanie ma węgiel aktywny? a) jako surowiec grzewczy, b) w generatorach, c) do adsorpcji gazów i odbarwiania, d) jako domieszka do pasz. 13. W jakiej temperaturze przeprowadza się hydrolizę drewna kwasami stężonymi? a) 1800 C, b) 1400 C, c) 1000 C, d) w temperaturze pokojowej. 14. Składniki uboczne drewna to m.in.: a) celuloza, b) hemicelulozy, c) lignina, d) żywice, olejki eteryczne i garbniki. 15. Na czym polega chemiczna metoda roztwarzania drewna? a) na rozpuszczeniu i usunięciu większości ligniny, b) na rozwłóknieniu drewna bez zmiany jego składu chemicznego, c) na rozdrobnieniu drewna na zrębki, d) na działaniu na drewno chlorkiem sodu. 16. W jaki sposób uniknąć zwiększenia się tzw. niedowarków przy roztwarzaniu drewna sosnowego w metodzie siarczanowej? a) utrzymując temperaturę roztwarzania w przedziale 140-1600 C, b) zwiększając temperaturę ze 160 do 1800 C, c) utrzymując temperaturę nieco powyżej 1700 C, d) utrzymując temperaturę nieco powyżej 1800 C.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 40 17. W skład strukturalno-wymiarowych właściwości wytworów papierniczych wchodzą m.in.: a) gęstość i gładkość, b) połysk i barwa, c) chłonność wody i skłonność do falowania, d) lepkość i zawartość celulozy. 18. W procesie termolizy drewna w zakresie temperatur 270-2800 C następuje: a) proces suszenia drewna, b) częściowy rozkład węglowodanów drewna jak hemicelulozy i celuloza, c) zmiana termiczna terpentyny, d) tworzenie się substancji o charakterze węglowodorowym. 19. Jaką metodą można uzyskać szybszy przebieg hydrolizy? a) Schollera, b) Szarkowa, c) Fouque, d) Ant-Vuorinena. 20. Na jakim etapie destylacji żywicy olejek terpentynowy oddziela się od wody? a) w trakcie transportu żywicy do topnika, b) w czasie topienia żywicy, c) w procesie odstawania, d) we flaszy florentyńskiej po przejściu przez chłodnicę oraz skraplacz.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 41 KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko ............................................................................................................................ Chemiczny przerób drewna Zakreśl poprawną odpowiedź Nr zadania Odpowiedź Punktacja 1. a b c d 2. a b c d 3. a b c d 4. a b c d 5. a b c d 6. a b c d 7. a b c d 8. a b c d 9. a b c d 10. a b c d 11. a b c d 12. a b c d 13. a b c d 14. a b c d 15. a b c d 16. a b c d 17. a b c d 18. a b c d 19. a b c d 20. Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 42 6. LITERATURA 1. Kiełczewski M., Zakrzewski R., Bartkowiak M.: Chemiczny przerób drewna. Ćwiczenia laboratoryjne. Wyd. AR w Poznaniu, Poznań 2003 2. Krzysik F.: Nauka o drewnie. PWN, Warszawa 1978 3. Prosiński S.: Chemia drewna. Podręcznik dla studentów wydziałów technologii drewna. PWRiL, Warszawa 1969 4. Przybysz K.: Technologia celulozy i papieru. Technologia papieru. WSiP, Warszawa 1997 5. Surmiński J.: Chemia stosowana w drzewnictwie. Wyd. AR w Poznaniu, Poznań 1990 6. Surmiński J.: Żywice naturalne. Wyd. AR w Poznaniu, Poznań 1994 7. Wandelt P.: Technologia celulozy i papieru. Technologia mas włóknistych. WSiP, Warszawa 1996 Czasopisma − Gazeta przemysłu Drzewnego: Wydawnictwo Inwestor sp. z o. o. − Gazeta Drzewna – Holz-Zentralblatt Polska sp. z o.o. Poznań − Przemysł Drzewny: Wydawnictwo Świat sp. z o. o.

Recommended

Technik.technologii.drewna 311[32] z1.05_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.05_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.05_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.05_uEmotka
 
6
66
6Kamil Fik
 
14
1414
14Kamil Fik
 
9
99
9Kamil Fik
 
1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych
1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych
1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnychSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.01_uEmotka
 
Tapicer 743[03] z3.01_u
Tapicer 743[03] z3.01_uTapicer 743[03] z3.01_u
Tapicer 743[03] z3.01_uSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.03_uEmotka
 

Recommended

Technik.technologii.drewna 311[32] z1.05_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.05_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.05_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.05_uEmotka
 
6
66
6Kamil Fik
 
14
1414
14Kamil Fik
 
9
99
9Kamil Fik
 
1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych
1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych
1 Rozpoznawanie materiałów do wykonywania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnychSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.01_uEmotka
 
Tapicer 743[03] z3.01_u
Tapicer 743[03] z3.01_uTapicer 743[03] z3.01_u
Tapicer 743[03] z3.01_uSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.03_uEmotka
 
4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym
4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym
4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnymSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Introligator 734[02] z1.01_u
Introligator 734[02] z1.01_uIntroligator 734[02] z1.01_u
Introligator 734[02] z1.01_uSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z6.06_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_uEmotka
 
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
3. Stosowanie materiałów poligraficznych
3. Stosowanie materiałów poligraficznych3. Stosowanie materiałów poligraficznych
3. Stosowanie materiałów poligraficznychPatryk Patryk
 
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawaniaSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.07_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_uEmotka
 
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.0303 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03Beata Piekielko
 
Tapicer 743[03] z3.02_u
Tapicer 743[03] z3.02_uTapicer 743[03] z3.02_u
Tapicer 743[03] z3.02_uSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
16
1616
16Kamil Fik
 
Stolarz
StolarzStolarz
StolarzSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
10
1010
10Kamil Fik
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z5.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_uEmotka
 
Lakiernik 714[03] z1.03_u
Lakiernik 714[03] z1.03_uLakiernik 714[03] z1.03_u
Lakiernik 714[03] z1.03_uSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_uEmotka
 
3
33
3Kamil Fik
 
19
1919
19Kamil Fik
 
7
77
7Kamil Fik
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_uEmotka
 
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....Beata Piekielko
 
15
1515
15Kamil Fik
 
Introligator 734[02] o1.05_u
Introligator 734[02] o1.05_uIntroligator 734[02] o1.05_u
Introligator 734[02] o1.05_uSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 

More Related Content

What's hot

4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym
4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym
4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnymSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z6.06_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_uEmotka
 
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
3. Stosowanie materiałów poligraficznych
3. Stosowanie materiałów poligraficznych3. Stosowanie materiałów poligraficznych
3. Stosowanie materiałów poligraficznychPatryk Patryk
 
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawaniaSzymon Konkol - Publikacje Cyfrowe
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.07_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_uEmotka
 
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.0303 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03Beata Piekielko
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z5.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_uEmotka
 
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....Beata Piekielko
 

What's hot (20)

4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym
4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym
4 Posługiwanie się terminologią stosowaną w przemyśle drzewnym
 
Introligator 734[02] z1.01_u
Introligator 734[02] z1.01_uIntroligator 734[02] z1.01_u
Introligator 734[02] z1.01_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z6.06_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.06_u
 
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...
6 Dobieranie i stosowanie technologii wytwarzania wyrobów stolarskich w zakre...
 
3. Stosowanie materiałów poligraficznych
3. Stosowanie materiałów poligraficznych3. Stosowanie materiałów poligraficznych
3. Stosowanie materiałów poligraficznych
 
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania
3 Rozpoznawanie wady drewna oraz określanie przyczyny ich powstawania
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.07_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.07_u
 
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.0303 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03
03 Charakteryzowanie oraz zastosowanie materiałów poligraficznych 311[28].Z1.03
 
Tapicer 743[03] z3.02_u
Tapicer 743[03] z3.02_uTapicer 743[03] z3.02_u
Tapicer 743[03] z3.02_u
 
16
1616
16
 
Stolarz
StolarzStolarz
Stolarz
 
10
1010
10
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z5.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.01_u
 
Lakiernik 714[03] z1.03_u
Lakiernik 714[03] z1.03_uLakiernik 714[03] z1.03_u
Lakiernik 714[03] z1.03_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.02_u
 
3
33
3
 
19
1919
19
 
7
77
7
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z2.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z2.04_u
 
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....
05 Planowanie technologiczne i techniczne publikacji 311[28]....
 

Similar to Technik.technologii.drewna 311[32] z1.06_u

Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.04_uTechnik.technologii.drewna 311[32] o1.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.04_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z5.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.03_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.03_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z6.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.03_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z4.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.03_uEmotka
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_uMuszex
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_uMuszex
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.02_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z3.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.02_uEmotka
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z4.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.01_uEmotka
 

Similar to Technik.technologii.drewna 311[32] z1.06_u (20)

15
1515
15
 
Introligator 734[02] o1.05_u
Introligator 734[02] o1.05_uIntroligator 734[02] o1.05_u
Introligator 734[02] o1.05_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.01_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.04_uTechnik.technologii.drewna 311[32] o1.04_u
Technik.technologii.drewna 311[32] o1.04_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z5.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z5.03_u
 
11
1111
11
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z1.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z1.03_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z6.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z6.03_u
 
17
1717
17
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z4.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.03_u
 
18
1818
18
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
 
1.01
1.011.01
1.01
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z1.01_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.03_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z3.03_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.03_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.02_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z3.02_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z3.02_u
 
Rzeznik.wedliniarz 741[03] z4.06_u
Rzeznik.wedliniarz 741[03] z4.06_uRzeznik.wedliniarz 741[03] z4.06_u
Rzeznik.wedliniarz 741[03] z4.06_u
 
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.01_uTechnik.technologii.drewna 311[32] z4.01_u
Technik.technologii.drewna 311[32] z4.01_u
 
Tapicer 743[03] z1.03_u
Tapicer 743[03] z1.03_uTapicer 743[03] z1.03_u
Tapicer 743[03] z1.03_u
 

More from Emotka

07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_tresc07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_trescEmotka
 
06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_tresc06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_trescEmotka
 
06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_tresc06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_trescEmotka
 
06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_tresc06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_trescEmotka
 
06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_tresc06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_trescEmotka
 
06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_tresc06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_trescEmotka
 
06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_tresc06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_trescEmotka
 
06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_tresc06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_trescEmotka
 
06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_tresc06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_trescEmotka
 
05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_tresc05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_trescEmotka
 
05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_tresc05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_trescEmotka
 
05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_tresc05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_trescEmotka
 
05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_tresc05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_trescEmotka
 
05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_tresc05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_trescEmotka
 
05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_tresc05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_trescEmotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_uEmotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_uEmotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_uEmotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_uEmotka
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_uEmotka
 

More from Emotka (20)

07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_tresc07 2.1 mbewtz_tresc
07 2.1 mbewtz_tresc
 
06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_tresc06 8.1 pproak_tresc
06 8.1 pproak_tresc
 
06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_tresc06 7.1 pproak_tresc
06 7.1 pproak_tresc
 
06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_tresc06 6.1 pproak_tresc
06 6.1 pproak_tresc
 
06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_tresc06 5.1 pproak_tresc
06 5.1 pproak_tresc
 
06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_tresc06 4.1 pproak_tresc
06 4.1 pproak_tresc
 
06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_tresc06 3.1 pproak_tresc
06 3.1 pproak_tresc
 
06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_tresc06 1.1 pproak_tresc
06 1.1 pproak_tresc
 
06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_tresc06 2.1 pproak_tresc
06 2.1 pproak_tresc
 
05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_tresc05 6.1 pak_tresc
05 6.1 pak_tresc
 
05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_tresc05 5.1 pak_tresc
05 5.1 pak_tresc
 
05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_tresc05 3.1 pak_tresc
05 3.1 pak_tresc
 
05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_tresc05 2.1 pak_tresc
05 2.1 pak_tresc
 
05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_tresc05 1.1 pak_tresc
05 1.1 pak_tresc
 
05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_tresc05 4.1 pak_tresc
05 4.1 pak_tresc
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] o1.03_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.03_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z4.02_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z2.04_u
 

Technik.technologii.drewna 311[32] z1.06_u

  • 1. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Leszek Jaszczyk Chemiczny przerób drewna 311[32].Z1.06 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006
  • 2. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1 Recenzenci: dr inż. Stanisław Miklaszewski mgr inż. Halina Nowak Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Leszek Jaszczyk Konsultacja: Mgr inż. Teresa Jaszczyk Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[32].Z1.06 Chemiczny przerób drewna zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik technologii drewna. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
  • 3. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 2 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Skład chemiczny drewna 7 4.1.1. Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 9 4.1.3. Ćwiczenia 9 4.1.4. Sprawdzian postępów 10 4.2. Produkcja celulozy i papieru 11 4.2.1. Materiał nauczania 11 4.2.2. Pytania sprawdzające 20 4.2.3. Ćwiczenia 20 4.2.4. Sprawdzian postępów 22 4.3. Rozkładowa destylacja i hydroliza drewna 23 4.3.1. Materiał nauczania 23 4.3.2. Pytania sprawdzające 27 4.3.3. Ćwiczenia 27 4.3.4. Sprawdzian postępów 30 4.4. Wytwarzanie produktów z ubocznych składników drewna 31 4.4.1. Materiał nauczania 31 4.4.2. Pytania sprawdzające 33 4.4.3. Ćwiczenia 33 4.4.4. Sprawdzian postępów 36 5. Sprawdzian osiągnięć 37 6. Literatura 42
  • 4. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 3 1. WPROWADZENIE Poradnik ten będzie Tobie pomocny w nabywaniu umiejętności oznaczania składu chemicznego drewna, określania metod wydzielania celulozy, przebiegu rozkładowej destylacji drewna, właściwości i zastosowania produktów przerobu żywic, produkcji celulozy i papieru oraz hydrolizy drewna. Jednostka modułowa: Chemiczny przerób drewna jest ostatnią jednostką modułu Technologia przerobu drewna. W poradniku zamieszczono: 1. Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności, które powinieneś posiadać, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej. 2. Cele kształcenia tej jednostki modułowej, które określają umiejętności, jakie opanujesz w wyniku procesu kształcenia. 3. Materiał nauczania, który zawiera informacje niezbędne do realizacji zaplanowanych szczegółowych celów kształcenia, umożliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną literaturę oraz inne źródła informacji. Obejmuje on również: − pytania sprawdzające wiedzę niezbędną do wykonania ćwiczeń, − ćwiczenia z opisem sposobu ich wykonania oraz wyposażenia stanowiska pracy, − sprawdzian postępów, który umożliwi sprawdzenie poziomu Twojej wiedzy po wykonaniu ćwiczeń. 4. Sprawdzian osiągnięć w postaci zestawu pytań sprawdzających opanowanie umiejętności z zakresu całej jednostki. Zaliczenie tego jest dowodem umiejętności określonych w tej jednostce modułowej. 5. Wykaz literatury dotyczącej programu jednostki modułowej. Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność. Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej. Wykonując sprawdzian postępów powinieneś odpowiadać na pytania tak lub nie, co oznacza, że opanowałeś materiał lub nie. Bezpieczeństwo i higiena pracy W czasie pobytu w laboratoriach, miejscach produkcji węgla drzewnego, ekstrakcji garbników i żywicy, w zakładach produkcji celulozy i papieru musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, obowiązujących podczas poszczególnych rodzajów prac.
  • 5. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 4 Schemat układu jednostek modułowych 311[32].Z1.06 Chemiczny przerób drewna 311[32].Z1.05 Technologia tworzyw drzewnych 311[32].Z1.02 Obróbka drewna tartacznego 311[32].Z1.04 Suszenie drewna Moduł 311[32].Z1 Technologia przerobu drewna 311[32].Z1.01 Dostawa i odbiór drewna okrągłego 311[32].Z1.03 Sortowanie materiałów tartych
  • 6. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − stosować narzędzia pomiarowe zgodnie z ich przeznaczeniem, − rozpoznawać gatunki i sortymenty drewna, − organizować stanowisko pracy zgodnie z zasadami bhp, − posługiwać się normami, − wykonywać i odczytywać szkice, schematy i rysunki, − rozróżniać typowe części i zespoły maszyn, − wykorzystywać techniki komputerowe, − posługiwać się dokumentacją techniczną.
  • 7. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − dokonać analizy składu chemicznego drewna i określić produkty chemicznego przerobu drewna, − wyróżnić sortymenty drewna przeznaczone do przerobu chemicznego i określić wymagania im stawiane, − określić metody wydzielania celulozy z drewna i wskazać dziedziny, w których znajdują zastosowanie pochodne celulozy, − określić przebieg rozkładowej destylacji drewna, − określić właściwości i zastosowanie produktów przerobu żywic, − zdiagnozować sposoby produkcji papieru, − sklasyfikować wytwory papiernicze, − określić właściwości wytworów papierniczych.
  • 8. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Skład chemiczny drewna 4.1.1. Materiał nauczania Podstawowe składniki drewna Drewno pod względem chemicznym stanowi konglomerat składający się z szeregu substancji występujących w różnych ilościach w zależności od gatunku, wieku i części drzewa. Substancje te połączone są ze sobą wiązaniami chemicznymi i fizycznymi lub też nie są ze sobą w żaden sposób związane. [5, s. 36] Wśród wielkocząsteczkowych związków organicznych pierwsze miejsce zajmują węglowodany typu wielocukrów, tj. celuloza i hemicelulozy. Dalsze miejsce zajmują kwasy poliuronowe, do których należą związki pektynowe i gumy drzewne. Ważnym składnikiem drewna jest lignina, zawierająca grupy metoksylowe, karbonylowe i wodorotlenowe. Pod względem funkcjonalnym w drewnie można wyróżnić: − substancję szkieletową, zbudowaną głównie z celulozy, która nadaje jej dużą wytrzymałość, zwłaszcza na rozciąganie; w skład substancji szkieletowej wchodzą również hemicelulozy; − lepiszcze, reprezentowane głównie przez ligninę; poza lignina w skład lepiszcza wchodzą substancje pektynowe, gumy drzewne i substancje śluzowate; − substancje towarzyszące, a więc żywice, woski, tłuszcze, barwniki, garbniki, alkaloidy, lateksy i inne mniej ważne substancje. [2, s. 117] Obok substancji organicznych w drewnie występują także substancje mineralne, które po spaleniu drewna dają popiół. Około 10-25% popiołu składa się z substancji rozpuszczalnych w wodzie. Są to węglan potasowy (potaż), węglan sodowy (soda) oraz inne występujące w drobnych ilościach związki potasu i sodu. W skład nierozpuszczalnej części popiołu wchodzi przede wszystkim węglan wapnia oraz magnezowe, żelazowe i manganowe sole kwasu węglowego, fosforowego i krzemowego. Celuloza Drewno zbudowane jest w 40 do 60% z celulozy. W młodych tkankach celulozowe błony komórkowe sklejone są związkami pektynowymi, natomiast w dojrzałych tkankach drzewnych substancje sklejającą stanowi lignina. Celuloza występuje w drewnie w mechanicznym i chemicznym powiązaniu z ligniną i z hemicelulozami. Celuloza, hemicelulozy i lignina stanowią ok. 96% suchej masy drewna. Celuloza techniczna (masa celulozowa) jest półfabrykatem do produkcji cennych materiałów. Najszersze zastosowanie znajduje w produkcji papieru i tkanin. W Polsce podstawowym surowcem do wytwarzania celulozy jest drewno świerkowe, jodłowe i sosnowe, a w mniejszych ilościach również bukowe i brzozowe. Drewno iglaste zawiera więcej celulozy niż drewno liściaste, a długość i smukłość włókna celulozowego kształtuje się w drewnie iglastym lepiej niż w drewnie liściastym. W drewnie tego samego gatunku wydajność celulozy zależy od ciężaru właściwego, natomiast w drewnie wąskosłoistym znajduje się więcej celulozy niż w szerokosłoistym. Na wydajność celulozy wpływa również siedlisko i pochodzenie regionalne drewna. Wyższą wydajność celulozy obserwuje się z drewna drzew rosnących w klimacie surowym (północna półkula lub warunki górskie).
  • 9. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 8 Hemicelulozy Udział hemiceluloz wynosi zależnie od gatunku drewna od 18 do 35%. Mianem hemiceluloz określa się węglowodany nie rozpuszczające się w wodzie, ulegające hydrolizie w czasie gotowania z rozcieńczonymi kwasami mineralnymi. W masach celulozowych przeznaczonych do przerobu na papier pożądana jest zawartość hemiceluloz w ilości 6-8%. Ich obecność zwiększa zdolność pęcznienia masy, dzięki czemu zwiększa się zdolność spilśniania włókien i zaklejania masy papierniczej. W masach natomiast przeznaczonych do dalszego przerobu chemicznego, zwłaszcza na sztuczne włókno, obecność hemiceluloz jest niepożądana. Mają one inną niż celuloza zdolność reagowania z odczynnikami chemicznymi, co wpływa ujemnie na przebieg i wyniki procesu technologicznego. Lignina Błonnikowy szkielet błony komórkowej jest inkrustowany i otulony ligniną. [2, s. 122] Ilościowy udział ligniny w drewnie wynosi od 26 do 30%, zależnie od gatunku drewna i od stopnia zdrewnienia błony komórkowej. W porównaniu z celulozą lignina jest mniej odporna na działanie odczynników chemicznych i rozpuszcza się w alkaliach przy zwiększonym ciśnieniu i podwyższonej temperaturze. W przeciwieństwie do celulozy i hemiceluloz lignina nie ulega hydrolizie pod wpływem kwasów. Pod wpływem światła lignina żółknie i brunatnieje, dlatego papiery zawierające ścier drzewny ciemnieją. W temperaturze ok. 130 0 C lignina staje się plastyczna, a po schłodzeniu z powrotem twardnieje. Dzięki temu lignina może stanowić naturalne lepiszcze w produkcji brykietów i płyt trocinowych, płyt pilśniowych i wiórowych oraz materiał wyjściowy do produkcji mas plastycznych. Materiały zapasowe Materiałami zapasowymi w drewnie są: cukry, skrobia i tłuszcze. Materiały zapasowe stanowią podstawę procesów życiowych drzewa. Przechowywane materiały pokarmowe występują w postaci związków tłuszczowych i nierozpuszczalnej w wodzie skrobi. Komórki miękiszowe utrzymują się przy życiu przez długi czas po ścięciu drzewa, zużywając materiały zapasowe na podtrzymanie procesów życiowych. Powolne zamieranie i rozkład treści żywych komórek rozpoczyna proces zaparzenia drewna. Drewno bielaste, zawierające żywe komórki i skrobię, stanowi podłoże dla rozwoju różnego rodzaju mikroorganizmów i wskutek tego jest mniej odporne na działanie procesów rozkładowych niż drewno twardzieli. Wydzieliny drzewne Wydzieliny to substancje organiczne, które stanowią produkty przemiany materii i nie ulegają dalszym zmianom biochemicznym. Gromadzą się one we wnętrzu komórek lub tkanek drzewnych. Do ważnych gospodarczo wydzielin zalicza się żywice, olejki eteryczne, gumy, garbniki, alkaloidy i lateksy. Żywice to związki żywiczne występujące w drewnie i w korze gatunków iglastych, z wyjątkiem jodły, cisa i jałowca. Najbardziej żywiczne jest drewno sosnowe i modrzewiowe. Słabo żywiczne drewno świerkowe oraz wolne od żywicy drewno jodłowe nadają się, dzięki bezwonności, do produkcji opakowań (komplety skrzynkowe, beczki, wełna drzewna) na produkty spożywcze. Żywica i jej przetwory stanowią ważny surowiec w produkcji farb, lakierów past do obuwia i skór, w przemyśle papierniczym, mydlarskim, bednarskim i farmaceutycznym. Z kolei garbniki roślinne odgrywają w korze rolę materiałów ochronnych, a w drewnie rolę materiałów antyseptycznych.
  • 10. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 9 Rys. 1. Składniki chemiczne drewna: igl. – drewno drzew gatunków iglastych, liśc. – drewno drzew gatunków liściastych, udział kalafonii i terpentyny podano w stosunku do żywicy [5, s. 37] 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie znasz główne związki wielkocząsteczkowe w drewnie? 2. Jaki jest skład drewna pod względem funkcjonalnym? 3. Jakie potrafisz określić substancje mineralne w drewnie? 4. Jakie przeznaczenie ma celuloza techniczna? 5. Jaki procent suchej masy drewna stanowią celuloza, hemicelulozy i lignina? 6. Jakie składniki drewna ulegają, a jakie nie ulegają hydrolizie pod wpływem kwasów? 7. Do jakiej grupy składników zaliczają się cukry, skrobia i tłuszcze w drewnie? 8. Jak narysujesz schemat budowy drewna z wyszczególnieniem głównych i ubocznych składników? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj podstawowe składniki drewna. Sposób wykonania ćwiczenia DREWNO Główne, strukturalne składniki ścian komórkowych Uboczne, niestrukturalne składniki wypełniające wnętrza komórek lub przesycające ściany komórkowe Substancje niskocząsteczkoweSubstancje wielkocząsteczkowe Polisacharydy (holoceluloza) Związki aromatyczne Celuloza Igl. 49-51% Liśc. 38-42% Hemicelulozy 24-37% Heksozany Igl. 11-13% Liśc. 5% Pentozany Igl. 8-12% Liśc. 23% Poliuronidy do 3% Lignina Igl. 28-30% Liśc. 20-22% Substancje ekstrakcyjne 2,0-25,0% Substancje nieorganiczne 0,2-1,0% Izopreno- idy Związki aromatyczne Tłuszcze 1,5% Żywica 2,5-12,0% Garbniki barwniki Glikozydy Kalafonia 60-80% Terpentyna 20-35%
  • 11. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 10 Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na temat podstawowych składników drewna, 2) scharakteryzować drewno jako konglomerat chemiczny, 3) scharakteryzować podstawowe składniki drewna, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru format A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Wykonaj schematyczny rysunek głównych i ubocznych składników chemicznych drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na ten temat, 2) narysować schematycznie składniki drewna z podziałem na główne strukturalne składniki ścian komórkowych i uboczne niestrukturalne składniki wypełniające wnętrza komórek lub przesycające ściany komórkowe, 3) oznaczyć na schemacie procentowe udziały poszczególnych składników, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A-4, – ołówek/długopis, – linijka, – literatura z rozdziału 6. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) określić główne związki wielkocząsteczkowe w drewnie? ¨ ¨ 2) określić skład drewna pod względem funkcjonalnym? ¨ ¨ 3) przedstawić substancje mineralne w drewnie? ¨ ¨ 4) scharakteryzować przeznaczenie celulozy technicznej? ¨ ¨ 5) określić procentowy udział celulozy, hemiceluloz i ligniny w drewnie? ¨ ¨ 6) określić składniki drewna ulegające hydrolizie pod wpływem kwasów? ¨ ¨ 7) wyjaśnić do jakiej grupy zaliczają się cukry, skrobia i tłuszcze? ¨ ¨ 8) narysować schemat budowy drewna z wyszczególnieniem głównych i ubocznych jego składników? ¨ ¨
  • 12. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 11 4.2. Produkcja celulozy i papieru 4.2.1. Materiał nauczania Przerób drewna na papier odbywa się w dwóch zasadniczych etapach: − wytwarzanie mas włóknistych, − przerób mas włóknistych na papier. Aby drewno przerobić na papier należy je najpierw rozdrobnić na pojedyncze włókna, a następnie z otrzymanej masy włóknistej formuje się wstęgę papieru, wykorzystując zdolność włókien roślinnych do wiązania się ze sobą. Rys. 2. Schemat przerobu drewna na masę włóknistą i papier [7, s. 8] Wytwarzanie mas włóknistych Wytwarzanie mas włóknistych polega na przerobie surowca o zwartej włóknistej budowie na papkę składającą się z luźnych włókienek. Proces taki nazywamy roztwarzaniem. [7, s. 9] Stosuje się trzy metody roztwarzania: − chemiczne, − mechaniczne, − chemiczno-mechaniczne. Metody chemiczne polegają na delignifikacji, czyli rozpuszczeniu i usunięciu większości ligniny, która nadaje spoistość tkankom roślinnym. Otrzymane w ten sposób masy włókniste nazywa się masami celulozowymi, potocznie celulozą, która jest dominującym składnikiem chemicznym. W przemyśle rozpowszechnione są dwie metody chemicznego roztwarzania: siarczanowa i siarczynowa. Metoda mechaniczna polega na mechanicznym rozwłóknieniu drewna, bez zmiany jego składu chemicznego. Surowiec jest rozdrabniany mechanicznie, w wyniku czego następuje rozdzielanie, a także miażdżenie i rozdrabnianie włókien. Uzyskana masa nosi nazwę ścieru. Mechaniczne rozwłóknianie drewna może być wspomagane termiczną obróbka surowca
  • 13. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 12 w celu zmiękczenia ligniny. W ten sposób produkuje się masę defibratorową stosowaną do wyrobu płyt pilśniowych oraz półprodukty papiernicze w postaci masy termomechanicznej. Metody chemiczno-mechaniczne stanowią kombinację roztwarzania chemicznego i mechanicznego. Otrzymane w ten sposób masy są nazywane masami półchemicznymi W zależności od udziału czynnika chemicznego i mechanicznego w procesie wytwórczym masy półchemiczne dzieli się na: celulozowe wysokowydajne, półchemiczne właściwe, półchemiczne ultrawysokowydajne oraz chemotermomechaniczne i chemomechaniczne. Najważniejszymi właściwościami mas włóknistych do formowania wstęgi papieru są: stopień roztworzenia, mielność, mechaniczna wytrzymałość, barwa, czystość oraz różne cechy specjalne. Stopień roztworzenia masy charakteryzuje zaawansowanie delignifikacji surowca osiągnięte w procesie jego chemicznego roztwarzania. Liczbę roztworzenia oznacza się przez analizę zużycia środka utleniającego ligninę w określonej ilości badanej masy. Jako środka utleniającego używa się roztworu nadmanganianu potasowego lub chloru. Wyniki odpowiadające rzeczywistej zawartości ligniny uzyskuje się przy oznaczaniu liczby kappa oraz liczby chlorowej (według normy PN-70/P-50095). Stopień roztworzenia mas celulozowych jest podstawowym kryterium ich podziału na typy i odmiany. Masy celulozowe przeznaczone do przerobu chemicznego są wyłącznie źródłem czystej celulozy. Istotne znaczenie mają jedynie ich właściwości chemiczne i fizyko-chemiczne. O przydatności mas celulozowych do przerobu na chemiczne pochodne celulozy decydują takie wskaźniki jak stopień chemicznej czystości masy, stopień polimeryzacji i polimolekularności oraz chemiczna reaktywność masy w warunkach danego procesu przerobowego. Podstawowym surowcem do wyrobu mas włóknistych jest drewno. W naszej strefie klimatycznej największe znaczenie dla przemysłu celulozowo-papierniczego ma drewno gatunków iglastych: sosna, świerk i jodła oraz w mniejszym stopniu liściastych: brzoza, topola, dąb, grab, olcha. Surowiec drzewny przeznaczony do przerobu chemicznego lub fizykochemicznego obejmuje sortymenty drewna średniowymiarowego oraz małowymiarowego. Sortymenty średniowymiarowe przeznaczone do przemysłu płytowego i celulozowego obejmują papierówkę, szczapy i wałki użytkowe oraz żerdzie. W grupie sortymentów małowymiarowych szczególne zastosowanie w przemyśle płytowym mają tyczki, gałęzie i zrębki. Drewno przeznaczone na papierówkę jest wyrabiane w grupie sortymentów średniowymiarowych jako drewno okrągłe do wyrobu białego ścieru oraz jako drewno okrągłe i łupane do wyrobu mas celulozowych i półchemicznych ścierów płyt. Wyróżnia się papierówkę z drewna iglastego (sosnową, jodłową, świerkową) oraz z drewna liściastego (bukową, dębową, brzozową, topolową, osikową, olchową, grabową). Szczegółowe ustalenia wymiarów i jakości surowca drzewnego przeznaczonego na papierówkę zawiera Polska Norma PN-91/D-95018. Do wyrobu płyt pilśniowych i wiórowych służą sortymenty drewna średnio- i małowymiarowego iglastego i liściastego pozyskiwane w postaci kłód, wałków i szczap oraz żerdzi, tyczek i gałęzi jako drobnicy. Surowiec ten może pochodzić z drewna wszystkich gatunków drzew iglastych oraz drzew liściastych. Szczegółowe ustalenia wymiarów i jakości surowca drzewnego przeznaczonego do produkcji płyt pilśniowych i wiórowych zawierają właściwe normy dotyczące drewna średniowymiarowego (PN-91/D-95018) i małowymiarowego (PN-91/D-95019). Najbardziej rozpowszechnioną metodą wytwarzania mas celulozowych w Polsce jest metoda siarczanowa. Głównym ogniwem produkcyjnym procesu wytwarzania mas celulozowych siarczanowych jest roztwarzanie drewna ługiem warzelnym w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury. Do wyrobu mas celulozowych siarczanowych są
  • 14. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 13 przydatne wszystkie rodzaje roślinnych surowców celulozowych. Podstawowym surowcem jest papierówka sosnowa ze względu na swoje właściwości papierotwórcze sosnowej masy siarczanowej oraz powszechność występowania. Drewno liściaste z kolei jest pełnowartościowym surowcem do wyrobu bielonych mas celulozowych siarczanowych, przeznaczonych do przerobu na papiery drukowe i do pisania. Drewno liściaste przerabia się również na masy celulozowe wiskozowe na potrzeby przemysłu włókien sztucznych. Drewno liściaste roztwarza się metodą siarczanową znacznie łatwiej niż sosnowe. Może być ono warzone w niższej temperaturze i z mniejszą ilością alkaliów. Niższa temperatura warzenia drewna liściastego powoduje zwiększenie wydajności masy celulozowej. Rys. 3. Uproszczony schemat produkcji mas celulozowych metodą siarczanową [7, s. 39] Cieczą warzelną stosowaną w procesie siarczanowego roztwarzania jest ług warzelny, który stanowi mieszaninę ługu białego i cieczy uzupełniającej. Ług biały jest końcowym produktem regeneracji chemikaliów roztwarzających. Jest to wodny roztwór wodorotlenku sodowego NaOH i siarczku sodowego Na2S. Obie te substancje biorą aktywny udział w roztwarzaniu drewna. Roztworzoną masę celulozową myje się, a oddzielony przy tym ług powarzelny kieruje się do oddziału regeneracji. Regeneracja zużytych chemikaliów pozwala na odzyskanie i wielokrotne użycie tych samych środków roztwarzających. Jednocześnie dzięki spaleniu rozpuszczonych w ługu organicznych składników drewna otrzymuje się znaczne ilości ciepła i wydatnie zmniejsza się ilość zanieczyszczeń odprowadzanych w ściekach. Niewielkie straty chemikaliów, jakie powstają w cyklu produkcyjnym, uzupełnia się siarczanem sodowym. W oddziale regeneracji używa się także wapna palonego CaO. Przygotowanie drewna Roztwarzanie drewna ługiem warzelnym Sortowanie masy Mycie masy Regeneracja alkaliów Nie bielona masa celulozowa siarczanowa Ług czarny Ług biały Na2SO4 CaO Zrębki drzewne
  • 15. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 14 Wymyta i przesortowana masa celulozowa siarczanowa jest gotowym półproduktem papierniczym. Ze względu na ciemnobrązowe zabarwienie przerabia się ją głównie na papiery pakowe. Masę siarczanową można również bielić i używać do produkcji papierów białych. Ilość dozowanych alkaliów czynnych wprowadzanych do warnika jest podstawowym parametrem decydującym o jakości masy celulozowej. Dla każdego gatunku drewna określona jest minimalna ilość alkaliów, warunkująca uzyskanie masy celulozowej o określonym stopniu roztworzenia. W zależności od typu wytwarzanej masy celulozowej sosnowej ilość ta zmienia się od 17% NaOH dla najtwardszych mas celulozowych do 25% NaOH dla mas najbardziej miękkich, przeciętnie przyjmuje się 22%. Z kolei typowe zapotrzebowanie alkaliów w roztwarzaniu drewna liściastego wynosi około 20% NaOH. Duży wpływ na przebieg i wyniki procesu roztwarzania ma siarczkowość ługu warzelnego. Siarczek sodowy przyspiesza rozpuszczanie ligniny. Dla zapewnienia szybkiego przebiegu roztwarzania oraz dobrej wydajności i mechanicznej wytrzymałości masy wystarczy stosować ługi o siarczkowości 20-30%. Istotnym czynnikiem regulującym proces roztwarzania jest temperatura warzenia. Optymalna temperatura warzenia zależy od rodzaju roztwarzanego drewna, pozostałych parametrów oraz przeznaczenia masy celulozowej. Drewno sosnowe zwykle roztwarza się w temperaturze nieco powyżej 1700 C, a drewno liściaste w temperaturze niższej, dla większości gatunków liściastych ok. 1650 C. W przedziale temperatur 160-1800 C podwyższenie temperatury o 100 C przyspiesza delignifikację przeszło dwukrotnie, jest to więc sposób na skrócenie czasu warzenia. Należy jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem temperatury warzenia zwiększa się zawartość w masie nieroztworzonych cząstek drewna, tzw. niedowarków, ponieważ szybkość dyfuzji zwiększa się znacznie wolniej niż szybkość reakcji i do wnętrza zrębków nie dostaje się wystarczająca ilość alkaliów. Kolejnym parametrem procesu warzenia jest czas warzenia. Czas ten dzieli się na czas podgrzewania warnika oraz czas właściwego roztwarzania. Możliwość szybkiego podgrzewania warnika jest ograniczona czynnikami technologicznymi i technicznymi. Po pierwsze zrębki muszą być dobrze zaimpregnowane alkaliami przed osiągnięciem temperatury maksymalnej, a po drugie techniczna możliwość szybkiego ogrzania warnika zależy od temperatury początkowej ługu, wydolności aparatury grzejnej oraz parametrów pary grzejnej. Temperatura początkowa jest wypadkową temperatur zrębków i ługu warzelnego i wynosi zwykle 70-800 C. Czas warzenia w temperaturze maksymalnej zależy z kolei od rodzaju roztwarzanego drewna i żądanego stopnia roztworzenia masy celulozowej oraz od wartości pozostałych parametrów procesu. Rys. 4. Krzywa gotowania siarczanowego [7, s. 51]
  • 16. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 15 Aby zapewnić jednorodną jakość masy celulozowej należy kontrolować i regulować wszystkie czynniki wpływające na przebieg roztwarzania. Stała kontrola takich czynników jak wilgotność i jakość zrębków, skład ługu białego, temperatura i ciśnienie w warniku jest niezbędna z powodu ich znacznej zmienności i wpływu na efekty roztwarzania. Dla realizacji założonego przebiegu krzywej gotowania stosuje się programowane regulatory temperatury. Założona wielkość ciśnienia w warniku, w przypadku prowadzenia ciągłego gazowania terpentynowego, jest utrzymywana przez regulator ciśnienia. Kontroli i rejestracji podlega także ilość i parametry pary grzejnej podawanej do wymiennika ciepła. Instaluje się ponadto instalację alarmującą o zanieczyszczeniu ługiem warzelnym pary grzejnej w wymienniku ciepła, o nieprawidłowej temperaturze pary, o braku wody chłodzącej w wymienniku itd. [7, s. 69] W systemach sterowania procesem warzenia szerokie zastosowanie znalazły układy mikroprocesorowe i komputery. Pracują one według teoretycznego lub empirycznego modelu procesu warzenia. Ocena szybkości roztwarzania surowca jest dokonywana automatycznie na podstawie wskazań analizatorów stężenia alkaliów bądź czujników przewodności elektrycznej ługu warzelnego. Opuszczająca warnik roztworzona masa celulozowa jest zawiesiną włókien w ługu powarzelnym (czarnym). W celu oddzielenia włókien od ługu masę poddaje się myciu. Aby osiągnąć dużą sprawność mycia, przy jak najmniejszym zużyciu świeżej wody, mycie prowadzi się kilkustopniowo w układzie przeciwprądowym. Istotny wpływ na przebieg i sprawność mycia mas celulozowych ma temperatura cieczy myjącej. Ze wzrostem temperatury zwiększa się szybkość dyfuzji, a dzięki malejącej lepkości ługu, zmniejszają się opory przepływu cieczy przez warstwę włókien. [7, s. 75] Odmienną metodą roztwarzania surowców roślinnych na masy celulozowe jest metoda siarczynowa. Przez wiele lat metoda ta odgrywała dominującą rolę w produkcji mas celulozowych. Gdy opanowano technologię bielenia mas siarczanowych, metoda siarczynowa zaczęła tracić na znaczeniu. Obecnie udział mas siarczynowych w światowej produkcji mas celulozowych systematycznie zmniejsza się i wynosi poniżej 20%. Klasyczna metoda siarczynowa polegała na warzeniu drewna w wodnym roztworze wodorosiarczynu wapniowego Ca(HSO3)2 i kwasu siarkawego H2SO3. W nowoczesnych technologiach w miejsce wodorosiarczynu wapniowego stosuje się wodorosiarczyn magnezowy, amonowy lub sodowy. [7, s. 134] Pomimo nieprzydatności metody siarczynowej do przerobu drewna sosnowego, posiada ona niezaprzeczalne zalety: − uzyskiwanie jasnej barwy mas celulozowych, które można stosować w stanie nie bielonym do wyrobu niskogatunkowych papierów drukowych (gazetowych), − nieskomplikowana technologia wytwarzania mas o wysokiej jakości, przeznaczonych do przerobu chemicznego, − dobra mielność mas siarczynowych i przydatność do wyrobu papierów pergaminowych, − możliwość wykorzystania cukrów zawartych w ługach posiarczynowych do przerobu na wartościowe produkty uboczne (alkohol, drożdże). Schemat produkcji mas celulozowych metoda siarczynowa jest zbliżony do schematu produkcji mas siarczanowych. Różnice między nimi dotyczą składu i sposobu wykorzystania roztworu warzelnego, sposobu wykorzystania ługów powarzelnych, sposobu rozwłókniania masy przed myciem i sortowaniem oraz technicznych i technologicznych szczegółów etapów produkcyjnych. Podstawowym surowcem tradycyjnych celulozowni siarczynowych jest drewno świerkowe i jodłowe. Drewno liściaste stosuje się w niewielkim tylko zakresie. Drewno sosnowe jest nieprzydatne do przerobu klasyczną metodą siarczynową wskutek dużej zawartości żywicy i obecności polifenoli skłonnych do kondensacji z ligniną.
  • 17. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 16 W procesie siarczynowym chemikalia roztwarzające dozuje się do warnika w ilościach znacznie większych niż wynika to z bilansu reakcji chemicznych. Pozwala to przyspieszyć impregnację i roztwarzanie zrębków. Masy papiernicze normalne roztwarza się zazwyczaj w temperaturze 135±30 C, masy pergaminowe w temperaturze mniejszej o ok. 100 C, a masy wiskozowe w temperaturze większej o ok. 100 C. [7, s. 146] Przerób mas włóknistych na papier Podstawowy materiał do wytwarzania wytworów papierniczych stanowią roślinne półprodukty włókniste. Do podstawowych rodzajów mas włóknistych w chemicznym przerobie drewna zalicza się: − masy celulozowe, − masy wysokowydajne, − masy półchemiczne. Masy celulozowe siarczynowe stosuje się do wytwarzania papieru gazetowego, papierów pakowych, drukowych, do pisania, wyrobu kartonów, bibuł, tektur, papierów mapowych, rysunkowych, podkładów papierów fotograficznych. Masy celulozowe siarczanowe stosowane są w produkcji papierów workowych, pakowych, papierów i kartonów elektroizolacyjnych i technicznych, bibułki kondensatorowej, mocnych papierów pakowych, kartonu dwuwarstwowego. Masy wysokowydajne mogą zastępować w znacznym stopniu nie bielone masy celulozowe. Są stosowane w produkcji papieru gazetowego, a także gorszej jakości papierów drukowych i pakowych, jak również wytwarzania kartonu oraz do produkcji tektur. Masy półchemiczne stanowią półprodukt papierniczy nieco gorszy od mas celulozowych. Są stosowane w produkcji kartonu na warstwę sfalowaną w tekturze falistej, tektury dachowej, grubych papierów pakowych, różnych kartonów i tektur. Rys. 5. Schemat procesu przerobu mas włóknistych na papier W zależności od postaci, w jakiej dostarczane są półprodukty włókniste do papierni i zawartości zanieczyszczeń oraz wymaganej czystości masy, przygotowanie tych półproduktów odbywa się w odpowiednio zróżnicowanych liniach technologicznych. Przygotowanie półproduktów włóknistych Mielenie półproduktów włóknistych Przygotowanie masy papierniczej Formowanie wstęgi papierniczej Prasowanie wstęgi papierniczej Suszenie wstęgi papierniczej Wykończanie i uszlachetnianie papieru
  • 18. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 17 Przygotowanie półproduktów włóknistych składa się z następujących operacji technologicznych: − rozczyniania, − rozwłókniania, − oczyszczania, − sortowania, − zagęszczania. W celu zwiększenia przydatności półproduktów włóknistych do wytwarzania papieru konieczna jest odpowiednia obróbka tych półproduktów, zwana mieleniem. Polega ona na mechanicznej obróbce produktów włóknistych w środowisku wodnym. Współdziałanie obróbki mechanicznej z fizykochemicznym oddziaływaniem wody modyfikuje strukturę włókien, powodując zwiększenie giętkości i plastyczności włókien oraz skracanie i różnicowanie ich wymiarów. Kolejnym etapem produkcji papieru jest przygotowanie masy papierniczej. Obejmuje ono następujące operacje technologiczne: − dozowanie i mieszanie składników, − egalizowanie masy papierniczej, − dozowanie i rozcieńczanie masy papierniczej, − oczyszczanie masy papierniczej, − odpowietrzanie masy papierniczej, − sortowanie masy papierniczej. Otrzymywanie wstęgi papieru z zawiesiny masy papierniczej nazywa się konsolidacją wstęgi papierniczej. Proces ten polega na odwodnieniu zawiesiny masy papierniczej oraz scaleniu włókien i frakcji drobnej we wstęgę papierniczą. Po sformatowaniu i częściowym odwodnieniu wstęgę papierniczą kieruje się do części prasowej maszyny papierniczej, między dwa wałki prasy. W procesie tym struktura wstęgi ulega zagęszczeniu i wyrównaniu jak również następuje wyrównanie i wygładzenie powierzchni wstęgi. Sformowaną i częściowo odwodnioną wstęgę papierniczą o suchości 25-45% przekazuje się z części prasowej do części suszącej maszyny papierniczej. W wyniku procesów fizykochemicznych zachodzących w części suszącej maszyny następuje ostateczne ukształtowanie i utrwalenie struktury wytworu oraz rozwinięcie jego właściwości użytkowych. [4, s. 213] Ostatnim etapem wytwarzania papieru jest jego wykończanie. Do operacji wykończających zalicza się: − kalandrowanie (nadanie wstędze papieru gładkości, zwartości i połysku), − wzdłużne cięcie wstęgi papieru, − cięcie wstęgi papieru na arkusze, − sortowanie papieru, − pakowanie papieru, − przechowywanie papieru. [4, s. 253] Klasyfikacja i właściwości wytworów papierniczych Wytwór papierniczy jest tworzywem otrzymywanym we wstęgach lub arkuszach z odpowiednio przygotowanych, uformowanych, odwodnionych i wysuszonych włókien roślinnych, z ewentualnym dodatkiem wypełniaczy, środków zaklejających, barwników oraz innych pomocniczych środków chemicznych. [4, s. 16] Wytwory papiernicze, zależnie od ich gramatury, dzieli się na: − papier: wytwór papierniczy o gramaturze do 250 g/m2 , − tekturę: wytwór papierniczy o gramaturze powyżej 250 g/m2 .
  • 19. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 18 Ponadto stosuje się bardziej szczegółowy podział zależny od gramatury: − do 28 g/m2 – bibułki, − od 28 do 160 g/m2 – papiery, − od 160 do 315 g/m2 – kartony, − powyżej 315 g/m2 – tektury, − 65-250 g/m2 – bibuły (nazwa stosowana dla wyrobów chłonnych). [4, s. 16] Wytwory papiernicze dzielą się na grupy, rodzaje, odmiany, klasy i gatunki. Grupa określa przeznaczenie użytkowe wytworu. W Polsce rozróżnia się 16 grup wytworów: − papiery drukowe, − papiery do maszyn biurowych i urządzeń powielających, − papiery do pisania, − papiery kreślarsko-rysunkowe, − papiery pakowe, − papiery na opakowania, − papiery okładkowe, − papiery przemysłowe i techniczne różne, − papiery elektrotechniczne, − papiery podłożowe do powlekania i nasycania, − papiery dla przemysłu tytoniowego, − papiery chłonne, − papiery higieniczne, − tektury na opakowania, − tektury introligatorskie, − tektury przemysłowe i techniczne. [4, s. 17] Rodzaj określa główny cel użytkowy wytworu należącego do określonej grupy, np. w grupie papierów drukowych wyróżnia się papiery gazetowe, ilustracyjne, afiszowe, mapowe, wartościowe, biblijne. Odmiana to dodatkowa charakterystyka uwzględniająca szczegółowe przeznaczenie wytworów, gramaturę, stan powierzchni, barwę i format. Z kolei klasa oznacza stosunek procentowy głównych grup półproduktów włóknistych użytych do produkcji danego papieru. Gatunek charakteryzuje jakość danego wytworu na podstawie porównania niektórych jego właściwości z wymaganiami zawartymi w normach. Wytwory papiernicze charakteryzują się szeroką skalą właściwości strukturalnych, mechanicznych, optycznych, ochronnych, chemicznych oraz specjalnych. Poniżej przedstawiono najważniejsze właściwości wytworów papierniczych. Tabela 1. Właściwości wytworów papierniczych [4, s. 18] Grupa właściwości Właściwość Strukturalno-wymiarowe masa jednostkowa grubość gęstość porowatość pulchność gładkość przezrocze spoistość powierzchni dwustronność anizotropia
  • 20. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 19 Wytrzymałościowe obciążenie zrywające samozerwalność rozciągliwość odporność na przepuklinie odporność na przedarcie odporność na naderwanie odporność na zginanie odporność na łamanie twardość ściśliwość sztywność miękkość odporność na skręcanie odporność na rozwarstwianie się Optyczne białość połysk nieprzezroczystość przezroczystość barwa Hydrofobowe i hydrofilowe chłonność wody stateczność wymiarowa skłonność do falowania stopień zaklejenia wodotrwałość Ochronne przenikalność powietrza przenikalność pary wodnej przepuszczalność wody przepuszczalność tłuszczów Dielektryczne przenikalność elektryczna wytrzymałość dielektryczna stratność dielektryczna przewodnictwo dielektryczne wyciągu wodnego zawartość cząstek przewodzących prąd Chemiczne zawartość celulozy lepkość liczba miedziowa odczyn wyciągu wodnego zawartość popiołu zawartość substancji nieorganicznych zawartość substancji organicznych Specjalne odporność na starzenie odporność na wysoką temperaturę ognioodporność odporność na ścieranie skłonność do pylenia drukowność Szczegółowy opis poszczególnych grup właściwości znajdziesz w literaturze wykazanej w rozdziale 6.
  • 21. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 20 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co znaczy pojęcie: roztwarzanie drewna? 2. Jakie znasz metody roztwarzania drewna? 3. Jak scharakteryzować chemiczną metodę roztwarzania drewna? 4. Jakie znasz czynniki charakterystyczne w siarczanowej metodzie roztwarzania drewna? 5. Czym różni się od metody siarczanowej metoda siarczynowa wytwarzania mas celulozowych? 6. Z jakich etapów składa się proces przerobu mas włóknistych na papier? 7. Jakie są sposzczególne etapy produkcji papieru? 8. Według jakich kryteriów klasyfikuje się wytwory papiernicze? 9. Jak określić właściwości wytworów papierniczych według grup właściwości? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj siarczanową metodę roztwarzania drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać informacje w literaturze dotyczące siarczanowej metody roztwarzania drewna, 2) scharakteryzować roztwarzanie drewna metodą siarczanową, 3) przedstawić powyższe w formie opisowej z wykorzystaniem rysunków, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Scharakteryzuj wytwarzanie mas celulozowych metodą siarczynową. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać informacje w literaturze dotyczące siarczynowej metody wytwarzania mas celulozowych, 2) scharakteryzować wytwarzanie mas celulozowych metodą siarczynową, 3) przedstawić powyższe w formie opisowej z wykorzystaniem rysunków, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6.
  • 22. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 21 Ćwiczenie 3 Określ etapy i scharakteryzuj proces przerobu mas włóknistych na papier. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać w literaturze informacje na temat przerobu mas włóknistych na papier, 2) przedstawić schemat procesu przerobu mas włóknistych na papier, 3) scharakteryzować poszczególne etapy procesu przerobu mas włóknistych na papier, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 4 Przedstaw klasyfikację oraz właściwości wytworów papierniczych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) odszukać w literaturze informacje na temat klasyfikacji i właściwości wytworów papierniczych, 2) sklasyfikować wytwory papiernicze w zależności od ich gramatury, 3) określić grupy wytworów papierniczych w Polsce, 4) scharakteryzować podział na rodzaje, odmiany, klasy i gatunki, 5) przedstawić powyższe w formie opisowej, 6) zestawić w formie tabelarycznej właściwości wytworów papierniczych według grup właściwości, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru w kratkę formatu A4, – ołówek/długopis, – przymiar liniowy, – literatura z rozdziału 6.
  • 23. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 22 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) określić wyjaśnić pojęcie roztwarzania drewna? ¨ ¨ 2) określić metody roztwarzania drewna? ¨ ¨ 3) scharakteryzować chemiczną metodę roztwarzania drewna? ¨ ¨ 4) określić czynniki charakterystyczne w siarczanowej metodzie roztwarzania drewna? ¨ ¨ 5) przedstawić różnicę między metodą siarczanową i siarczynową produkcji mas celulozowych? ¨ ¨ 6) określić etapy procesu przerobu mas włóknistych na papier? ¨ ¨ 7) scharakteryzować poszczególne etapy produkcji papieru? ¨ ¨ 8) sklasyfikować wytwory papiernicze? ¨ ¨ 9) określić właściwości wytworów papierniczych według grup właściwości? ¨ ¨
  • 24. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 23 4.3. Rozkładowa destylacja i hydroliza drewna 4.3.1. Materiał nauczania Termiczny rozkład drewna Termiczny rozkład drewna może przebiegać w warunkach pełnego lub częściowego dostępu tlenu atmosferycznego. Może odbywać się również w warunkach beztlenowych. Proces, w którym drewno poddaje się działaniu energii cieplnej przy ograniczonym dostępie powietrza jest tzw. suchą destylacją. Termiczny rozkład drewna w warunkach, w których zapewniony jest dostęp tlenu, określa się jako palenie drewna, natomiast w warunkach beztlenowych jako termolizę. Oba procesy różnią się znacznie od siebie, jak również dają w rezultacie zupełnie inne produkty rozkładu. Palenie się drewna następuje przy pełnym dostępie powietrza, jednak uzależnione jest również od takich czynników jak wilgotność drewna, zawartość w nim substancji żywicznych i tłuszczowych, jak również rozdrobnienie drewna. Produktami spalania drewna przy pełnym dostępie tlenu są: dwutlenek węgla, para wodna i popiół, stanowiący mieszaninę takich tlenków jak tlenek potasu, tlenek sodu, tlenek krzemionki itp. Przez rozkładową destylację drewna, często również określaną mianem termolizy lub pirolizy, rozumie się rozkład drewna pod wpływem wysokiej temperatury przy ograniczonym dostępie tlenu lub przy całkowitym jego odcięciu. [5, s. 116] Ilość i jakość produktów uzyskiwanych podczas termolizy drewna zależy od takich czynników jak gatunek drewna, stopień jego zagrzybienia, jego wilgotności oraz temperatury i szybkości prowadzenia samego procesu termolizy. Wyróżnia się kilka faz termicznego rozkładu drewna, które obrazuje tabela 2. Tabela 2. Przebieg termolizy drewna [5, s. 117] Faza procesu Temperatura [0 C] Tworzące się substancje do 170 Następuje proces suszenia drewna. W przypadku, gdy termolicie poddawane jest drewno drzew gatunków iglastych, oprócz wody wydzielają się również terpeny (składniki olejku terpentynowego) oraz kwasy żywiczne (będące składnikami kalafonii). Endotermiczna 170-270 Terpentyny ulegają zmianom termicznym, w wyniku czego powstają związki chemiczne zwane pirogenami, wydzielają się również gazy w postaci CO2 i CO oraz małe ilości substancji ciekłych, takich jak kwas octowy i metanol. W niewielkich ilościach zaczyna wydzielać się smoła drzewna. 270-280 Następuje częściowy rozkład węglowodanów drewna, takich jak hemicelulozy i celuloza. Powoduje to tworzenie się węgla drzewnego oraz pewnych ilości kwasu octowego i smoły. Wzrost temperatury do 3800 C powoduje rozkład termiczny ligniny, w związku z czym wzrasta ilość wydzielającego się metanolu i smoły drzewnej. W tym czasie następuje zmniejszenie wydzielania się takich gazów jak CO2 i CO, a zwiększa się wydzielanie metanu i wodoru. Egzotermiczna 400-700 Następuje tworzenie się substancji o charakterze węglowodorowym oraz mają miejsce wtórne reakcje polimeryzacji i kondensacji, w rezultacie czego wzrasta ilość tzw. karbenów. W metodach technicznych zwęglania drewna do najstarszych urządzeń należą mielerze, pracujące z wydajnością 23-27% wagowych węgla drzewnego, co odpowiada 45-70% objętościowym w przeliczeniu na wyjściowe drewno. Mielerze przenośne zaopatrzone w urządzenia chłodnicze umożliwiają pozyskiwanie poza węglem drzewnym również produktów ciekłych. [3, s. 428]
  • 25. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 24 Nowoczesne zakłady proces termicznego rozkładu drewna prowadzą w żelaznych retortach ogrzewanych z zewnątrz. W użyciu są dwa typy retort: leżące i stojące. Do destylacji drewna iglastego stosuje się również specjalne retorty Pritscharda, mające płaszcz wypełniony olejem. Olej ten krążąc przez podgrzewacz, ogrzewa retortę do danej, dowolnej temperatury. Innym rozwiązaniem jest urządzenie Lambiotta, które umożliwia ciągłą destylację rozkładową drewna. Wykorzystuje się w nim prawie całkowicie ciepło węgla drzewnego opuszczającego retortę. Ciepło to zużytkowuje się na podgrzewanie gazów oddających swoje ciepło drewnu. Systemem ciągłym pracują również piece tunelowe Smolnikowa, Gröndala, Kozłowa i innych. Najważniejszym produktem rozkładowej destylacji drewna jest węgiel drzewny. Najlepszy węgiel mielerzowy zawiera do 90% węgla. Dzięki zdolnościom adsorpcyjnym odgrywa on poważną rolę w wielu gałęziach przemysłu chemicznego. W handlu znajduje się węgiel w trzech podstawowych rodzajach: – węgiel generatorowy, zawierający 10-20% części lotnych, – węgiel żarzony, zawierający do 4% części lotnych, otrzymywany z węgla generatorowego przez żarzenie w temperaturze 750-8500 C, – węgiel aktywowany, występujący w różnych granulacjach i o różnych właściwościach; otrzymuje się go z węgla żarzonego przez aktywację w specjalnych piecach za pomocą np. pary wodnej. Określenie podstawowych właściwości użytkowych węgla drzewnego wykonuje się w warunkach laboratoryjnych, przeprowadzając tzw. analizę techniczną węgla drzewnego. W wyniku tej analizy wykonuje się: – oznaczanie zawartości wilgoci w węglu drzewnym, – oznaczanie popiołu w węglu drzewnym metodą powolnego spopielania, – oznaczanie zawartości części lotnych, – oznaczanie masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – oznaczanie sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – oznaczanie sumarycznego efektu cieplnego. Określenie właściwości użytkowych drzewnego węgla aktywnego przeprowadzane również w warunkach laboratoryjnych obejmuje następujące tematy: – oznaczanie zawartości wilgoci w drzewnym węglu aktywnym, – oznaczanie popiołu w drzewnym węglu aktywnym metodą powolnego spopielania, – oznaczanie masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – określanie sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – określanie sumarycznego efektu cieplnego w odniesieniu do adsorpcji acetonu i metanolu, – określanie granicznej pojemności adsorpcyjnej węgla aktywnego w odniesieniu do czterochlorku węgla metodą eksykatorową, – określanie zdolności odbarwiających węgla aktywnego w odniesieniu do błękitu metylenowego (liczba metylenowa), – określanie zdolności chłonnych węgla aktywnego w odniesieniu do jodu. Szczegółowe zasady przeprowadzenia ćwiczeń laboratoryjnych z zakresu analizy technicznej węgla drzewnego i drzewnego ziarnowego węgla aktywnego oraz niezbędne wyposażenie do ich wykonania znajdziesz w literaturze pod pozycją [1]. Węgiel drzewny znajduje zastosowanie jako materiał opałowy, węgiel generatorowy w generatorach, węgiel aktywowany (adsorpcja gazów, odbarwianie, oczyszczanie wód, w medycynie), w przemyśle metalurgicznym, w przemyśle chemicznym (do produkcji CS2, cjanków, węglików), w rolnictwie jako domieszka do pasz oraz w gospodarstwie domowym.
  • 26. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 25 Głównymi składnikami gazu pozyskanego w procesie termicznego rozkładu drewna są: CO2 (45-55%), CO (28-35%), CH4 (3,5-10%), H2 (1-5%), C2H4 (około 2%). Gaz zużywa się do ogrzewania retort, a nadmiar może być stosowany do innych celów grzewczych. Duże zużycie energii cieplnej na rozdział frakcji wodnej w stosowanych dotychczas urządzeniach wpływa ujemnie na całość bilansu ekonomicznego przemysłu suchej destylacji drewna. Do destylatów ciekłych zalicza się kwas octowy, metanol oraz smołę osadową i rozpuszczalną. Podczas destylacji smoły osadowej otrzymuje się oleje lekkie, ciężkie i pak. Oleje lekkie mają zastosowanie jako materiał pędny, z olejów ciężkich wyodrębnia się gwajakol i kreozot, znajdujące zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym. Z kolei smoła rozpuszczalna znajduje zastosowanie jako lepiszcze brykietów z miału węglowego. Tabela 3. Produkty termolizy drewna [5, s. 117] Wydajność [%] Substancje brzoza buk sosna Węgiel drzewny 31,8 34,9 37,8 CO2 9,9 10,9 10,1 CO 3,3 4,2 3,7 CH4 0,5 0,4 0,2 Gazy inne węglowodory 0,2 0,2 0,6 Kwas octowy CH3COOH 7,1 6,0 3,5 Metanol CH3OH 1,6 2,1 0,9 Aceton CH3COCH3 0,2 0,2 0,2 Smoła rozpuszczalna w kwasie octowym 8,1 5,9 8,0 Smoła osadowa 7,9 8,1 11,8 Woda 27,8 26,6 22,3 Hydroliza drewna Hydroliza drewna polega na działaniu na odpady drzewne, najczęściej w postaci trocin, stężonym lub rozcieńczonym kwasem siarkowym. Następuje wówczas rozkład substancji węglowodanowych drewna takich jak hemicelulozy i celuloza. [5, s. 118] Różnica między metodami rozcieńczonych i stężonych kwasów polega nie tylko na stężeniu stosowanych kwasów, ale również na warunkach hydrolizy. Rozcieńczone kwasy stosuje się działając nimi na drewno w podwyższonych temperaturach i podwyższonym ciśnieniu. Hydrolizę drewna stężonymi kwasami przeprowadza się w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem. [3, s. 412] Wyróżnia się sześć metod hydrolizy drewna rozcieńczonymi kwasami: – metoda Schollera: można w niej przerabiać różnego rodzaju odpady drzewne leśne i przemysłowe; metoda ta nie stawia żadnych wymagań co do rodzaju drewna, jego właściwości i wilgotności; polega na działaniu na rozdrobnione drewno 0,4% H2SO4 pod ciśnieniem 8 atmosfer w temperaturze od 140 do 1850 C; cukry powstałe przez hydrolizę drewna są usuwane z przestrzeni reakcyjnej, co pozwala uniknąć rozkładającego działania kwasu i temperatury; – metoda Szarkowa: polega na zraszaniu 0,5-1% roztworem kwasu siarkowego rozdrobnionego i podgrzanego do temperatury 1800 C drewna; podczas całego procesu temperatura oraz stężenie zraszającego kwasu nie ulegają zmianie; dopływ kwasu i odpływ hydrolizatu odbywa się w sposób ciągły; – metoda fińska Ant-Vuorinena: jest metoda wielostopniową, w której stosuje się kwas siarkawy; ponieważ w trakcie hydrolizy kwas siarkawy ulega w znacznym stopniu przemianie na kwas siarkowy, przyspiesza to przebieg hydrolizy i rozkład celulozy; w metodzie tej zrębki w hydrolizerach zalewa się wodą i podgrzewa do temperatury
  • 27. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 26 1500 C, po czym hydrolizujący roztwór usuwa się z hydrolizera, wprowadzając SO2; takich stopni hydrolizy jest 6 do 8, przy czym w końcowej fazie danego stopnia temperatura zwiększana jest do 1800 C; – metoda Fouque: jest odmianą procesu perkolacyjnego (Szarkowa), przy czym do perkolatorów razem z rozcieńczonym kwasem siarkowym wprowadza się CO2 jako antyutleniacz zapobiegający rozkładowi cukrów; – metoda „Madison”: w przeciwieństwie do metody Schollera jest metodą perkolacji ciągłej, co powoduje skrócenie czasu hydrolizy z 15-18 do 3,5-4 godzin; stężenie stosowanego H2SO4 wynosi 0,5-0,6%; hydrolizę rozpoczyna się w temperaturze 1500 C (scukrzenie hemiceluloz), a kończy w temperaturze 1850 C (scukrzenie celulozy); stosunek ilości drewna do kwasu wynosi 1:3 (w metodzie Schollera 1:10), czego efektem jest większe stężenie cukrów w hydrolizacie; – metoda TVA: jest modyfikacją metody „Madison”; celem tej metody jest uzyskanie syropów paszowych; różnica polega na regulacji dopływu kwasu do hydrolizera za pomocą zaworu ciśnieniowego, który utrzymuje ciśnienie odpowiadające temperaturze reakcji 1800 C; po zagęszczeniu hydrolizatu opuszczającego aparat do 40% syrop używany jest jako pasza. Do metod hydrolizy drewna stężonymi kwasami należą: – metoda Bergiusa: w przeciwieństwie do metod scukrzających drewno rozcieńczonymi kwasami metoda ta wymaga surowca podsuszonego, zawierającego najwyżej 5% wody; nie nadają się tu bardzo drobne trociny i pył drzewny, ponieważ silnie pęcznieją i utrudniają proces scukrzania; wyługowane i podsuszone zrębki wprowadza się do dyfuzora, kwas solny o stężeniu 3% wprowadza się z góry dyfuzora; temperatura scukrzania waha się w granicach 25-370 C; – metoda Rheinau-Holzchemie: jest modyfikacja metody Bergiusa polegającą na tym, że hydrolizę wstępną, główną jak i przemywanie pozostałej ligniny dokonuje sie w jednym układzie; drewno poddawane jest ciągłemu działaniu kwasu w przeciwprądzie; – metoda Herenga: jest również modyfikacją klasycznej metody Bergiusa polegającą na hydrolizie drewna HCl; w tym przypadku na drewno nasycone kwasem solnym działa się w przeciwprądzie gazowym HCl, co powoduje wzrost stężenia kwasu regulującego; – metoda Szarkowa i Nikołajewej: polega na działaniu na drewno bezwodnym fluorowodorem; drewno w tej metodzie może zawierać najwyżej 2% wody; – metoda Giordani i Leone: w metodzie tej proces składa się z dwóch części: wstępnej hydrolizy rozcieńczonym kwasem siarkowym (0,1-1%) i właściwej hydrolizy stężonym kwasem siarkowym (78%); hydroliza wstępna przebiega w temperaturze 1500 C, a hydroliza właściwa w temperaturze pokojowej; – metoda ryska: polega na scukrzaniu drewna kwasem siarkowym o stężeniu 75-76%; zależnie od stopnia rozdrobnienia surowca jak i jego rodzaju w metodzie tej stosuje się moduł kwasu 1,5 do 0,3; oznacza to, że na 1 część wagową trocin dozuje się 1,5 do 0,3 części wagowych kwasu. Hydrolizat uzyskany w wyniku scukrzania drewna można dalej przerabiać w celu otrzymania takich produktów jak etanol, furfurol, drożdże, glikozę krystaliczną, ksylozę krystaliczną, kwasy organiczne lub alkohole wielowodorotlenowe. Są one surowcem wyjściowym dla syntezy wielu związków chemicznych, m.in. znajdują zastosowanie w oczyszczaniu olejów mineralnych, tłuszczów zwierzęcych i roślinnych, służą do produkcji mas plastycznych, sztucznego włókna i preparatów farmaceutycznych.
  • 28. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 27 4.3.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co oznacza pojęcie termicznego rozkładu drewna? 2. Jakie znasz fazy procesu termolizy drewna? 3. Jak nazywamy substancje tworzące się w poszczególnych fazach procesu termolizy drewna? 4. Jakie znasz rodzaje węgla drzewnego? 5. Gdzie znajduje zastosowanie węgiel drzewny? 6. Jakie znasz produkty termolizy drewna? 7. Jakie oznaczenia wykonuje się w trakcie analizy technicznej węgla drzewnego? 8. Jakie oznaczenia wykonuje się w trakcie analizy technicznej drzewnego węgla aktywnego? 9. Jakie są metody hydrolizy drewna? 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj termiczny rozkład drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą termicznego rozkładu drewna, 2) scharakteryzować proces termicznego rozkładu drewna, 3) określić tworzące się substancje w poszczególnych fazach procesu, 4) określić i scharakteryzować produkty termolizy drewna, 5) przedstawić powyższe w formie opisowej, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – linijka, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Przeprowadź analizę techniczną wybranych właściwości węgla drzewnego w warunkach laboratoryjnych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej węgla drzewnego, 2) przygotować niezbędny sprzęt, 3) przeprowadzić oznaczenie: – zawartości wilgoci w węglu drzewnym, – popiołu w węglu drzewnym metodą powolnego spopielania,
  • 29. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 28 – zawartości części lotnych, – masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – oznaczanie sumarycznego efektu cieplnego, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki węgla drzewnego, – naczynie wagowe, – eksykator, – waga analityczna, – tygle porcelanowe, – szczypce laboratoryjne, – płytka ceramiczna, – rękawice termoochronne, – moździerz porcelanowy, – sito, – kolba stożkowa, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 3 Przeprowadź analizę techniczną wybranych właściwości drzewnego węgla aktywnego w warunkach laboratoryjnych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej drzewnego węgla aktywnego, 2) przygotować niezbędny sprzęt i odczynniki, 3) przeprowadzić oznaczenie i określenie: – zawartości wilgoci w drzewnym węglu aktywnym, – popiołu w drzewnym węglu aktywnym metodą powolnego spopielania, – masy nasypowej próbki ziarnowej i pylistej, – sumarycznej objętości porów (nasiąkliwość wodna), – sumarycznego efektu cieplnego w odniesieniu do adsorpcji acetonu i metanolu, – granicznej pojemności adsorpcyjnej węgla aktywnego w odniesieniu do czterochlorku węgla metodą eksykatorową, – zdolności odbarwiających węgla aktywnego w odniesieniu do błękitu metylenowego (liczba metylenowa), – zdolności chłonnych węgla aktywnego w odniesieniu do jodu. 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
  • 30. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 29 Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki węgla drzewnego, – naczynie wagowe, – eksykator, – suszarka, – waga analityczna, – tygle porcelanowe, – piec muflowy elektryczny, – szczypce laboratoryjne, – płytka ceramiczna, – cylinder szklany o pojemności 100 cm3 , – termometr o zakresie 500 C, – rękawice termoochronne, – moździerz porcelanowy, – sito, – kolba stożkowa, – czterochlorek węgla, – aceton, – błękit metylenowy, – jod w jodku potasu, – tiosiarczan sodu, – skrobia rozpuszczalna, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 4 Scharakteryzuj hydrolizę drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na temat hydrolizy drewna, 2) określić i scharakteryzować metody hydrolizy drewna kwasami rozcieńczonymi, 3) określić i scharakteryzować metody hydrolizy drewna kwasami stężonymi, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6.
  • 31. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 30 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wyjaśnić pojęcie termicznego rozkładu drewna? ¨ ¨ 2) określić fazy procesu termolizy drewna? ¨ ¨ 3) określić substancje tworzące się w poszczególnych fazach procesu termolizy drewna? ¨ ¨ 4) określić rodzaje węgla drzewnego? ¨ ¨ 5) wskazać zastosowanie węgla drzewnego? ¨ ¨ 6) określić produkty termolizy drewna? ¨ ¨ 7) wyszczególnić oznaczenia wykonywane w trakcie analizy technicznej węgla drzewnego? ¨ ¨ 8) wyszczególnić oznaczenia wykonywane w trakcie analizy technicznej drzewnego węgla aktywnego? ¨ ¨ 9) scharakteryzować metody hydrolizy drewna? ¨ ¨
  • 32. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 31 4.4. Wytwarzanie produktów z ubocznych składników drewna 4.4.1. Materiał nauczania Poza celulozą, ligniną i hemicelulozami drewno zawiera również wiele składników tzw. ubocznych. Przez składniki uboczne drewna rozumie się zarówno różnego rodzaju substancje ekstrakcyjne, jak i substancje mineralne występujące w drewnie. Większość z substancji ubocznych można usunąć z drewna za pomocą obojętnych rozpuszczalników i dlatego nazywa się je substancjami ekstrakcyjnymi. Charakter chemiczny tych substancji jest zróżnicowany. Należą do nich olejki eteryczne, żywice, woski, kwasy tłuszczowe, tłuszcze, garbniki, barwniki, białka, alkaloidy, glikozydy i sole mineralne. Substancje żywiczne, tłuszczowe, woski oraz większość związków fenolowych daje się ekstrahować za pomocą rozpuszczalników organicznych, natomiast w wodzie rozpuszczalne są stosunkowo niewielkie ilości substancji pektynowych, skrobia, gumy roślinne, kwasy organiczne oraz garbniki i barwniki. Najważniejszymi składnikami substancji ekstrakcyjnych drewna są terpeny oraz nielotne kwasy żywiczne, kwasy tłuszczowe oraz estry tych kwasów. Obecnie znane i wykorzystywane przemysłowo są trzy sposoby wyrobu produktów żywicznych: – destylacja żywicy balsamicznej, – ekstrakcja karpiny sosnowej, – przerób oleju talowego powstającego podczas otrzymywania masy celulozowej metodą siarczanową. Sosnowa żywica balsamiczna jest to naturalny wyciek z drzew sosny zwyczajnej, stanowiący mieszaninę kalafonii, terpentyny, pewnej ilości zanieczyszczeń oraz wody z opadów atmosferycznych. Przerób żywicy balsamicznej polega na oddzieleniu zanieczyszczeń i rozdzieleniu terpentyny od kalafonii. Często wyodrębnia się jeszcze frakcję pośrednią między terpentyną i kalafonią, nazywaną jako olej flotacyjny. Zanieczyszczenia dzielimy na: – nie związane z technologią pozyskiwania surowca (substancje dodane do żywicy, np. sól, piasek kamienie, wapno, barwniki), – związane z techniką żywicowania (substancje przypadkowo przenikające do surowca podczas jego pozyskiwania, np. kora, igliwie, liście, nasiona, owady). Badanie właściwości technologicznych sosnowej żywicy balsamicznej obejmuje: – oznaczanie zanieczyszczeń nie związanych z techniką pozyskiwania żywicy, – oznaczanie zanieczyszczeń związanych z techniką pozyskiwania żywicy, – oznaczanie zawartości wody zmieszanej. Analiza techniczna kalafonii balsamicznej obejmuje: – oznaczanie zawartości popiołu, – oznaczanie temperatury mięknienia, – oznaczanie liczby kwasowej, – oznaczanie stopnia krystalizacji, – oznaczanie liczby zmydlania. Analiza techniczna terpentyny i sosnowego oleju flotacyjnego obejmuje: – oznaczanie gęstości terpentyny metodą wypornościową, – oznaczanie współczynnika załamania światła, – oznaczanie liczby kwasowej, – oznaczanie pozostałości po odparowaniu, – destylację normalną terpentyny.
  • 33. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 32 Szczegółowe zasady przeprowadzenia ćwiczeń laboratoryjnych z zakresu badania żywicy balsamicznej i analizy technicznej kalafonii i terpentyny oraz niezbędne wyposażenie do ich wykonania znajdziesz w literaturze pod pozycją [1]. Podstawowym procesem przetwarzania żywicy jest destylacja. W procesie produkcyjnym żywica transportowana jest ze schronu ślimakiem mechanicznym do topnika, gdzie ulega stopieniu i dodaje się wówczas terpentyny. Następnie przepuszcza się ją przez filtry do odstojnika, gdzie podlega procesowi odstawania, po czym podawana jest do kolumny destylacyjnej. Substancje lotne przez chłodnicę oraz skraplacz przedostają się do flaszy florentyńskiej, gdzie olejek terpentynowy oddziela się od wody. Kalafonię natomiast spuszcza się z aparatu destylacyjnego do wykończalnika, następnie rozlewa się do naczyń. [5, s. 119] Podstawowym surowcem do ekstrakcyjnego wyrobu produktów żywicznych jest także przemysłowa karpina sosnowa. Podczas warzenia celulozy następuje odgazowanie masy warzelnej. Ulatniają się przy tym pary terpentyny, wody, alkoholu metylowego, tlenki siarki, porywając kropelki ługu. Przez skroplenie par i rozdzielenie ich we flaszy florentyńskiej można uzyskać do 9 kg surowej terpentyny na 1 t wyprodukowanej celulozy, tzn. z 5-6 mp drewna. Przy podniesieniu temperatury do 165-1750 C i wzroście ciśnienia odbywa się reakcja kwasów tłuszczowych i żywicznych ze związkami sodu zawartymi w cieczy warzelnej, w wyniku czego na powierzchni wydzielają się mydła siarczanowe. Przez gotowanie z kwasem siarkowym poddaje się je rozkładowi i w ten sposób uzyskuje się olej talowy. W jego skład wchodzą głównie kwasy żywiczne i tłuszczowe oraz sterole. Kwasy żywiczne tworzą kalafonię talową. Kwasy tłuszczowe z oleju talowego wykorzystuje się w przemyśle mydlarskim, jak również do produkcji środków flotacyjnych. [5, s. 120] Kalafonia i jej pochodne znajdują zastosowanie nie tylko w stanie naturalnym, ale również jako produkt uszlachetniony przez utlenienie niektórych składników, uwodornienie lub działanie kwasem siarkowym. Kalafonię wykorzystuje się w około siedemdziesięciu różnych dziedzinach przemysłu i gospodarki, przy czym najważniejsze z nich to przemysł chemiczny, petrochemiczny, celulozowo-papierniczy, drzewny, elektrotechniczny, maszynowy, spożywczy, metalurgiczny oraz w medycyna, rolnictwo, budownictwo i inne. Największe ilości kalafonii zużywa przemysł papierniczy do wytwarzania klejów dodawanych do mas papierniczych. Kleje stosowane w przemyśle płyt pilśniowych zwykle jako jeden ze składników zawierają kalafonię. Wchodzi ona również jako składnik wielu apretur do impregnacji tkanin w przemyśle tekstylnym. W postaci soli sodowej używa się kalafonii do produkcji mydeł, które dzięki temu zyskują odpowiednia miękkość i zdolności pianotwórcze. Duże znaczenie ma kalafonia w przemyśle lakierniczym, gdzie służy jako składnik wielu lakierów, nadając im połysk. Odpowiednio spreparowana kalafonia ma również zastosowanie w przemyśle mas plastycznych w procesie wytwarzania kauczuku syntetycznego. Najbardziej cenna terpentyna balsamiczna znajduje zastosowanie przede wszystkim jako surowiec do syntezy kamfory, kamfenu, terpinolu i terpin hydratu. Substancje te wykorzystywane są przez przemysł perfumeryjny oraz farmaceutyczny jako katalizator polimeryzacji. W najszerszym zakresie terpentyna stosowana jest jako rozpuszczalnik farb i lakierów, pokostów, past do obuwia i podłóg oraz do produkcji tworzyw sztucznych. Terpentyna jest doskonałym rozpuszczalnikiem smoły, kauczuku, tłuszczów, żywicy naturalnej, a także siarki i fosforu. Terpentyny używa się również jako substancji powodującej szybsze utlenianie, a tym samym wysychanie olejów. Dodawana jest więc do lakierów jako tzw. sykatywa. Stosuje się ja jako środek dezynfekujący a zarazem dezodorant do środków czyszczących. Obecnie największe ilości terpentyny dostarcza przemysł celulozowo-papierniczy w postaci terpentyny siarczanowej. [6, s. 84] Roztwory wodne garbników stosowane do garbowania skór uzyskuje się przez ekstrakcję środków garbujących (m.in. kory i drewna) wodą, której temperatura zależy od rodzaju
  • 34. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 33 surowca. Garbniki nadają skórze zwierzęcej tak charakterystyczne właściwości jak: nieprzepuszczalność wody, odporność na działanie mikroorganizmów, elastyczność i inne. Do ważniejszych krajowych surowców garbnikowych zalicza się drewno dębowe, korę wierzbową, korę brzozową, korę świerkową. W zależności od stopnia zagęszczenia otrzymuje się ekstrakty płynne lub stałe. Zadaniem procesu ekstrakcji jest możliwie dokładne wyługowanie garbników z surowca w stanie niezmienionym. W środkach garbujących występują również trudno rozpuszczalne wysokocząsteczkowe produkty przemiany garbników. W jakiej ilości i które z tych substancji zostaną wyekstrahowane zależy od stopnia rozdrobnienia surowca, właściwości wody ekstrakcyjnej, ilości użytej wody, czasu trwania ekstrakcji, stosowanych chemikaliów i innych czynników. [5, s. 120] W wielu drzewach, zwłaszcza gatunków tropikalnych, znajdują się substancje barwnikowe. Pomimo rozwoju syntezy barwników organicznych, stosuje się do barwienia bawełny lub wełny na kolor purpurowy wyciąg z drzew brazylijskich zawierający brazylinę. Z kolei hematoksylina i hematyna stosowane są do barwienia włókien naturalnych (wełny, bawełny, lnu) na kolor czarny. W warunkach klimatycznych Polski w korze niektórych drzew, np. brzozy, dębu oraz liściach i owocach niektórych drzew i krzewów występują substancje barwnikowe, ale w tak małych ilościach, że nie mają one praktycznego znaczenia i zastosowania. Ekstrakcja drewna rozpuszczalnikami organicznymi prowadzi również do wyodrębnienia tłuszczy i wosków. Zmydlenie ekstraktu drewna iglastego pozwala wyodrębnić i rozdzielić kwasy żywiczne i kwasy tłuszczowe. W praktyce kwasy tłuszczowe pozyskuje się z oleju talowego otrzymywanego jako produkt uboczny roztwarzania drewna. Zastosowanie praktyczne znajdują wolne kwasy tłuszczowe jak również ponownie zestryfikowane. Estry nienasyconych kwasów tłuszczowych tworzą szybko schnące oleje, wykorzystywane jako środek zastępczy oleju lnianego. 4.4.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co to jest żywica balsamiczna? 2. Jakie znasz sposoby oznaczania zanieczyszczeń żywicy? 3. Jak przeprowadzić analizę techniczną kalafonii balsamicznej? 4. Jak przeprowadzić analizę techniczną terpentyny? 5. Jakie są sposoby wyrobu produktów żywicznych? 6. Jaki jest przebieg destylacji żywicy? 7. Jakie jest zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna? 4.4.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Scharakteryzuj sosnową żywicę balsamiczną i badanie jej właściwości technologicznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą sosnowej żywicy balsamicznej, 2) scharakteryzować sosnową żywicę balsamiczną, 3) określić zasady oznaczania zanieczyszczeń oraz zawartości wody zmieszanej, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
  • 35. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 34 Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 2 Przeprowadź analizę techniczną kalafonii balsamicznej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej kalafonii balsamicznej, 2) przygotować niezbędny sprzęt i odczynniki, 3) przeprowadzić oznaczenie: – zawartości popiołu w próbce kalafonii, – temperatury mięknienia kalafonii, – liczby kwasowej, – stopnia krystalizacji, – liczby zmydlania kalafonii. 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki kalafonii, – naczynie wagowe, – eksykator, – piec muflowy, – waga analityczna, – tygle porcelanowe, – szczypce laboratoryjne, – rękawice termoochronne, – alkohol etylowy, – fenoloftaleina, – etanol, – wodorotlenek potasu, – chlorek sodu, – kwas siarkowy, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 3 Przeprowadź analizę techniczną terpentyny. Sposób wykonania ćwiczenia
  • 36. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 35 Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą dotyczącą analizy technicznej terpentyny, 2) przygotować niezbędny sprzęt i odczynniki, 3) przeprowadzić oznaczenie: – gęstości terpentyny, – współczynnika załamania światła, – liczby kwasowej, – pozostałości po odparowaniu. 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – ołówek/długopis, – próbki terpentyny, – waga hydrostatyczna, – termometr rtęciowy, – mikrobiureta, – kolba stożkowa, – parownica niklowa lub porcelanowa, – alkohol etylowy, – wodorotlenek potasu, – fenoloftaleina, – kalkulator, – literatura z rozdziału 6. Ćwiczenie 4 Scharakteryzuj zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) zapoznać się z literaturą na temat zastosowania produktów z ubocznych składników drewna, 2) określić produkty z ubocznych składników drewna, 3) scharakteryzować zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna, 4) przedstawić powyższe w formie opisowej, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Wyposażenie stanowiska pracy: – notatnik, – arkusz papieru formatu A-4, – ołówek/długopis, – literatura z rozdziału 6.
  • 37. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 36 4.4.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzować żywicę balsamiczną? ¨ ¨ 2) określić metody oznaczania zanieczyszczeń żywicy? ¨ ¨ 3) przeprowadzić analizę techniczną kalafonii balsamicznej? ¨ ¨ 4) przeprowadzić analizę techniczną terpentyny? ¨ ¨ 5) określić sposoby wyrobu produktów żywicznych? ¨ ¨ 6) scharakteryzować przebieg destylacji żywicy? ¨ ¨ 7) określić zastosowanie produktów z ubocznych składników drewna? ¨ ¨
  • 38. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 37 5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem pytań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań o różnym stopniu trudności. Są to zadania wielokrotnego wyboru. Do każdego pytania dołączone są cztery możliwości odpowiedzi, tylko jedna jest prawidłowa. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową. 6. Test składa się z dwóch części o różnym stopniu trudności: I część – poziom podstawowy, II część - poziom ponadpodstawowy. 7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 8. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie czas wolny. 9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut. Powodzenia !
  • 39. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 38 ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Substancja szkieletowa drewna zbudowana jest głównie z: a) celulozy, b) ligniny, c) żywicy, d) garbników. 2. Jaki udział procentowy w budowie drewna ma celuloza? a) 20-40%, b) 40-60%, c) 60-80%, d) 80-90%. 3. Podstawowym surowcem do wytwarzania celulozy w Polsce jest drewno: a) dębowe i olchowe, b) topolowe, osikowe i wierzbowe, c) świerkowe, jodłowe, sosnowe i brzozowe, d) grochodrzewowe, jesionowe i jaworowe. 4. Żywice, olejki eteryczne i garbniki zalicza się do: a) materiałów zapasowych drewna, b) lignin, c) hemiceluloz, d) wydzielin drzewnych. 5. Chemiczne roztwarzanie drewna przeprowadza się metodami: a) chlorowodorową i wodorotlenową, b) siarczanową i siarczynową, c) potasową i magnezową, d) kadmową i uranową. 6. Co jest cieczą warzelną w procesie roztwarzania siarczanowego? a) ług warzelny, b) kwas siarkowy, c) kwas siarkawy, d) wodorotlenek potasu. 7. W metodzie siarczynowej masy papiernicze normalne roztwarza się w temperaturze: a) 1650 C, b) 1550 C, c) 1450 C, d) 1350 C 8. Egalizowanie masy papierniczej jest operacją technologiczną wchodzącą w skład: a) przygotowania półproduktów włóknistych, b) przygotowania masy papierniczej, c) wykańczania masy papierniczej, d) składowania papieru.
  • 40. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 39 9. Papiery to wytwory papiernicze o gramaturze: a) 315-360 g/m2 , b) 160-315 g/m2 , c) 28-160 g/m2 , d) 1-28 g/m2 . 10. Termiczny rozkład drewna w warunkach beztlenowych to: a) termoliza, b) hydroliza, c) analiza, d) dializa. 11. Co jest najważniejszym produktem rozkładowej destylacji drewna? a) smoła drzewna, b) węgiel drzewny, c) krzemionki, d) popiół. 12. Jakie zastosowanie ma węgiel aktywny? a) jako surowiec grzewczy, b) w generatorach, c) do adsorpcji gazów i odbarwiania, d) jako domieszka do pasz. 13. W jakiej temperaturze przeprowadza się hydrolizę drewna kwasami stężonymi? a) 1800 C, b) 1400 C, c) 1000 C, d) w temperaturze pokojowej. 14. Składniki uboczne drewna to m.in.: a) celuloza, b) hemicelulozy, c) lignina, d) żywice, olejki eteryczne i garbniki. 15. Na czym polega chemiczna metoda roztwarzania drewna? a) na rozpuszczeniu i usunięciu większości ligniny, b) na rozwłóknieniu drewna bez zmiany jego składu chemicznego, c) na rozdrobnieniu drewna na zrębki, d) na działaniu na drewno chlorkiem sodu. 16. W jaki sposób uniknąć zwiększenia się tzw. niedowarków przy roztwarzaniu drewna sosnowego w metodzie siarczanowej? a) utrzymując temperaturę roztwarzania w przedziale 140-1600 C, b) zwiększając temperaturę ze 160 do 1800 C, c) utrzymując temperaturę nieco powyżej 1700 C, d) utrzymując temperaturę nieco powyżej 1800 C.
  • 41. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 40 17. W skład strukturalno-wymiarowych właściwości wytworów papierniczych wchodzą m.in.: a) gęstość i gładkość, b) połysk i barwa, c) chłonność wody i skłonność do falowania, d) lepkość i zawartość celulozy. 18. W procesie termolizy drewna w zakresie temperatur 270-2800 C następuje: a) proces suszenia drewna, b) częściowy rozkład węglowodanów drewna jak hemicelulozy i celuloza, c) zmiana termiczna terpentyny, d) tworzenie się substancji o charakterze węglowodorowym. 19. Jaką metodą można uzyskać szybszy przebieg hydrolizy? a) Schollera, b) Szarkowa, c) Fouque, d) Ant-Vuorinena. 20. Na jakim etapie destylacji żywicy olejek terpentynowy oddziela się od wody? a) w trakcie transportu żywicy do topnika, b) w czasie topienia żywicy, c) w procesie odstawania, d) we flaszy florentyńskiej po przejściu przez chłodnicę oraz skraplacz.
  • 42. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 41 KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko ............................................................................................................................ Chemiczny przerób drewna Zakreśl poprawną odpowiedź Nr zadania Odpowiedź Punktacja 1. a b c d 2. a b c d 3. a b c d 4. a b c d 5. a b c d 6. a b c d 7. a b c d 8. a b c d 9. a b c d 10. a b c d 11. a b c d 12. a b c d 13. a b c d 14. a b c d 15. a b c d 16. a b c d 17. a b c d 18. a b c d 19. a b c d 20. Razem:
  • 43. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 42 6. LITERATURA 1. Kiełczewski M., Zakrzewski R., Bartkowiak M.: Chemiczny przerób drewna. Ćwiczenia laboratoryjne. Wyd. AR w Poznaniu, Poznań 2003 2. Krzysik F.: Nauka o drewnie. PWN, Warszawa 1978 3. Prosiński S.: Chemia drewna. Podręcznik dla studentów wydziałów technologii drewna. PWRiL, Warszawa 1969 4. Przybysz K.: Technologia celulozy i papieru. Technologia papieru. WSiP, Warszawa 1997 5. Surmiński J.: Chemia stosowana w drzewnictwie. Wyd. AR w Poznaniu, Poznań 1990 6. Surmiński J.: Żywice naturalne. Wyd. AR w Poznaniu, Poznań 1994 7. Wandelt P.: Technologia celulozy i papieru. Technologia mas włóknistych. WSiP, Warszawa 1996 Czasopisma − Gazeta przemysłu Drzewnego: Wydawnictwo Inwestor sp. z o. o. − Gazeta Drzewna – Holz-Zentralblatt Polska sp. z o.o. Poznań − Przemysł Drzewny: Wydawnictwo Świat sp. z o. o.