Процесс углежжения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Дальневосточный Федеральный Университет

Школа естественных наук

Кафедра химических и ресурсосберегающих технологий

Доклад на тему «Углежжение»

Исполнитель: Береснев Семен

Группа Б8121

Владивосток 2015

Оглавление

углежжение переработка древесина

Введение

Способы углежжения

Процесс углежжения

Опыты Виолетта

Экологическая оценка углежжения

Список источников

Фотоматериалы

Глоссарий

Введение

Углежжение - процесс переработки древесины на уголь, заключающийся в неполном сгорании древесного сырья без доступа воздуха при температурах 350 - 360° С.

В России древесный уголь производили издревле. Но зачем он был нужен? Разумеется, для производства металла. Невозможно представить старую русскую деревню без кузницы, а кузнечные горны работали именно на древесном угле. Наиболее распространенными способами получения были кучное и ямное углежжение. Вариантами кучного были «стог» и «кабан».

Сырьем для углежжения является древесина. Деревья распространены по всему земному шару, за исключением Антарктиды.

Способы углежжения

Углежжение в кострах. Процесс такого углежжения хорошо разъясняется примерами горения отдельных кусков дерева, в том случае, когда огонь распространяется сверху вниз, и в обратном, т. е. снизу вверх. В первом случае образующийся уголь подвергается все время действию воздуха, во втором - его предохраняет от окисления ток газообразных продуктов горения. Понятно, что во втором случае угля получится больше, чем в первом. Отсюда же уясняются и основные правила углежжения в кострах:

) притекающий воздух не должен проходить по образовавшемуся углю;

) продукты горения должны также миновать накаленный уголь, так как вода и углекислота, разлагаясь при сильном жаре, также сжигают уголь.

Эти условия довольно удовлетворительно выполняются в кострах (кучах). Костры, по способу кладки дров, бывают:

стоячие,

лежачие,

средние, совмещающие оба способа кладки.

Место кладки костра (ток) перекапывают для удаления камней, корней и дерна и выравнивают.

Стоячий костер.(стог)

В центре будущего костра ставят кол или три доски с распорками, образующие трубу.

Поленья ставят стоймя, обыкновенно в два яруса. в верхней части поленья горизонтальны (чепец костра);

Все оставшиеся пустоты засыпают мусором;

После чего делают покрышку костра, предохраняющую костер от попадания воздуха (покрышка костра состоит из: хвороста и дерна). У основания костра остается непокрытая дерном зона в 4 - 8 вершков;

Обкладку из дерна дублируют песком или глиной.

Костры делают от 12 до 17 м. диаметром. Поленья берут в 2 - 4 м. длины. Объем кучи бывает от 2 до 30 куб.м. Большие костры невыгодны, так как получаемый уголь менее прочен и работа при них очень тяжела. Зажигание костра производится в безветренный день. Первый период горения - самый тяжелый. Происходит выделение тяжелых желтовато-серых паров, иногда внутри костра образуется гремучая смесь, и происходят взрывы. Этот период длится иногда более недели (при больших кострах). Нижняя, открытая зона костра играет при этом роль регулятора процесса. После ее закрытия процесс регулируют, пробивая по окружности отверстия (свищи) сначала у основания, а потом на середине высоты кучи. Отверстия закрывают по мере появления слабого синеватого дыма и, регулируя таким образом горение, доводят операцию до конца. Операция заканчивается разбиранием кучи, причем горящие еще угли, забрасывают землей и заливают водой.

Лежачий костер(кабан) делается от 3 до 5 арш. в ширину и от 3 до 6 саж. в длину; высота изменяется от 1 арш. у одного конца ("подошва") до 6 арш. у другого ("парус"). При горизонтальной кладке поленьев угля получается больше, но процесс идет медленнее. Ввиду этого, несмотря на то, что выход угля тут в 3 раза более, чем при стоячем костре, способ этот годен только там, где лес не имеет еще высокой цены. Управление огнем производится и тут с помощью отверстий. По мере обугливания, нижний конец (готовый уголь) разбирают, тушат и вновь закрывают, пока костер не получится кубический, тогда выбирание угля прекращают .

Обугливание в ямах. Обугливанием в ямах получают деготь, употребляется при этом смолистое дерево. Яма коническая, с подземным отводом дегтя, дерево помещается стоймя, покрышка дерновая.

Печное углежжение. Печи для выжигания У. можно разделить на три группы:

отапливаемые загруженным в них материалом (костровые),

) имеющие отдельную топку,

) камерные и ретортные, где продукты горения топок не приходят в непосредственное соприкосновение с обугливаемым материалом.

Как пример костровых печей, может служить печь Соколовского, весьма распространенная на Урале - это кирпичная четырехугольная печь цилиндрическим сводом, вместимостью на 2 - 3 куб. саж.

Процесс углежжения

При нагревании дерева до 150° происходит только высушивание его; разложение начинается выше этой температуры и может быть разделено на 3 периода:

В первом периоде (150 до 260°) получается главным образом водный дистиллят, содержащий уксусную кислоту C2H4O2, и другие летучие органические кислоты, метиловый спирт, ацетон C3H6O, фурфурол CH4O2, метиламин CH3NH2 и др. не сгущающиеся газы и смолистые вещества выделяются в этом периоде в ограниченном количестве, а также выделяется остаток бурого цвета(40%).

Во втором периоде (260-330° С.) продолжается выделение водного дистиллята, но уже в меньшем количестве, выделяются преимущественно газообразные углеводороды: метан СН4, ацетилен и др., а кроме того, окись углерода и углекислота, азот в виде аммиака и метиламина. Нелетучий остаток получается в виде угля, легко воспламеняющегося, бурого цвета и в количестве около 30%.

В третий период (330-430°) получаются главным образом смолистые вещества - смола, состоящая из углеводородов и кислородных соединений, преимущественно ароматического ряда. Уголь получается черный и в количестве около 18%.

При 430° разложение дерева в техническом смысле оканчивается, так как до этой температуры выделяется 81% летучих продуктов.

А далее, при нагревании до температуры плавления платины, выделяется вновь только 4% летучих продуктов, состоящих преимущественно из не сгущаемых газов.

Опыты Виолетта

Содержание углерода в получаемом угле тем больше, чем выше температура обугливания. Численные данные, приведенные в таблице №1, получены Виолеттом при медленном обугливании дерева (постепенное нагревание до высокой температуры). При быстром обугливании получается гораздо меньше угля (приблизительно вдвое), а также меньше смолы и больше не сгущающихся газов (СО2, СО и др.). Нагревая крушину в тигле до температуры 432° в течение 6 часов, Виолетт получил 18,87% угля, а внося прямо в тигель, нагретый до этой температуры, - только 8,96% угля. Такое различие в выходе угля, смолы и газов объясняется тем, что при медленном нагревании образующаяся при разложении дерева вода выделяется раньше, нежели остальная масса успеет нагреться до очень высокой температуры, а потому вода не действует на нее. Быстрое нагревание неравномерно, следовательно, вода из внутренних частей кусков дерева выделяется лишь тогда, когда наружные части успеют обуглиться и накалиться, и потому окисляет углерод последних.

При обугливании в запаянных трубках, небольшая часть углерода выделяется в виде летучих соединений, большая же часть получается в виде угля. Так, при 340° получают 80% угля, что примерно в 3 раза больше, нежели при обыкновенном способе обугливания. Получаемый, данным способом уголь совершенно утрачивает строение дерева и представляет черную блестящую массу, подобную каменному углю. При обугливании различных древесных пород при температуре в 300°, они дают неодинаковое количество угля.

t обугливанияиз 100 ч. сухого дерева100 частей угля содержатСВОЙСТВА УГЛЯЛетучих ПродуктовУгляУглеродаВодородаКислорода и азотаЗолы150 10047,516,1246,290,08Дерево, высушенное при 150° 16029847,66,0646,260,08Поджаренное дерево26059,7740,2367,896,0426,570,5628063,8436,1672,644,722,090,57Бурый уголь33068,2331,7773,554,6321,340,4843281,1318,8781,972,314,131,6Черный уголь 150082,6917,8194,560,748,840,66Черные угли, очень твердые 1768,3851596,510,620,931,94Таблица №1.Результаты исследований Виолетта.

[Материалы взяты из Приложения «Углежжение для «чайников» »]

Экологическая оценка углежжения

В процессе углежжения в атмосферу выбрасываются ядовитые вещества, так же опасной, с экологической точки зрения, является, выделяющаяся в процессе горения, температура. Еще одним нюансом является вырубка деревьев, иногда вырубаются реликтовые виды древесины, что является экологической катастрофой.

В наше время углежжение является почти экологически чистым.

Список источников

Приложение «Углежжение для «чайников» »[Электронный ресурс]: Электронные текстовые данные. Режим доступа: свободный.

Статья Древесный уголь. Википедия. [Электронный ресурс]: Электронные текстовые данные. Режим доступа: свободный . https://ru.wikipedia.org/wiki/%C4%F0%E5%E2%E5%F1%ED%FB%E9_%F3%E3%EE%EB%FC

Углежжение и смолокурение. Богомолов И.С. [Электронный ресурс]: Электронные текстовые данные. Режим доступа: свободный. #"justify">Фотоматериалы.

Глоссарий

Древесный уголь - микропористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при пиролизе <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7> древесины без доступа воздуха <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D1%83%D1%85>.

Свищи - отверстия, пробиваемые в костре и играющие роль регулятора горения.

Ток - место кладки костра.

Углежжение(пиролиз древесины) - процесс переработки древесины на уголь, заключающийся в неполном сгорании древесного сырья без доступа воздуха при температурах 350 - 360° С.

Чепец - верхняя часть костра.

вершок = 4,45 см.

аршин = 0,71 м.

сажень = 2,13 м.