Презентация на тему: Строение древесины

Древесина и её топливные свойства 900igr.net

Строение дерева *

Макроскопическое строение древесины Кора (1) – наружная часть ствола, предохраняет живые ткани ствола от резких колебаний температуры, испарения влаги, проникновения грибов и бактерий, механических повреждений Луб (2) – внутренняя часть коры, назначение луба – проводить вниз по стволу образующиеся в листьях органические питательные вещества Камбий (3) – живая образовательная ткань, расположенная между древесиной и корой; активен весной и летом, зимой бездействует; это обуславливает слоистое строение ствола дерева Заболонь (4) – живая часть древесины Ядро (5) – тёмноокрашенная центральная зона ствола, мёртвая часть древесины *

Микроскопическое строение древесины Сосуды – образуют водопроводящую систему Волокна – основная механическая ткань Сердцевинные лучи - хранят запасные питательные вещества в период покоя, проводят растворы веществ в горизонтальном направлении в период вегетации Смоляные ходы – образуют единую смолоносную систему, состоящую из пересекающихся вертикальных и горизонтальных ходов 1 – поперечный разрез 2 – тангенциальный разрез 3 - радиальный разрез *

Компоненты твердого топлива Все твердые топлива состоят из горючей части и балласта Балластом являются зола и влага Связанный углерод Летучие Зола Влага Горючая масса Балласт Сухая масса Влажное топливо (рабочая масса) *

Элементный состав древесины и коры Древесина – многолетняя ткань, образующаяся в результате вторичного прироста в стволе, ветвях и корнях деревьев и кустарников Существуют различия в древесине хвойных и лиственных пород Элементный состав древесины, % на сухую массу В малых количествах могут присутствовать Ni, As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn и др. * Элемент Ствол дерева Кора Углерод (С) 48-50 51-66 Водород (Н) 6,0-6,5 5,9-8,4 Кислород (О) 38-42 24-40 Азот (N) 0,5-2,3 0,3-0,8 Сера (S) 0,05 0,05 Хлор (Cl) < 0,01 0,01-0,03

Влажность древесины Влажность древесной биомассы — это количественная характеристика, показывающая содержание в биомассе влаги Различают абсолютную и относительную влажность биомассы Абсолютная влажность – отношение массы влаги к массе сухой древесины Относительная или рабочая влажность – отношение массы влаги к массе влажной древесины Свободная влага находится в полостях клеток и межклеточном пространстве, легко удаляется при сушке Связанная влага находится внутри стенок клеток, трудно удаляется После сушки влажность древесины 20-25% (при сушке в полевых условиях) и 8-15% (при комнатной температуре) * Часть дерева Рабочая влажность, % сосна ель Ствол 45-50 40-60 Ветки 50-56 42-46 Верхушка 60 60 Кора 36-67 38-63

Зольность древесины Зольностью называют содержание в топливе минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей массы Зола является нежелательной частью топлива, так как снижает содержание горючих элементов и затрудняет эксплуатацию топочных устройств Зольность древесины 0,1-1,2% Зольность коры 0,5-8% Состав золы: Ca, K, Na, P, S и др. Растворимые компоненты – карбонаты калия и натрия Нерастворимые компоненты – соли кальция Содержание золы обычно представляют в % на сухую массу *

Летучие вещества Летучие вещества - газообразные и парообразные продукты, выделяющиеся при нагревании древесины на воздухе до 900°С в течение 7 минут Являются исходным сырьем для химической промышленности В энергетике содержание летучих в топливе определяет воспламеняемость топлива, возможность шлакования колосниковой решетки и пр. *

Содержание связанного углерода На сухую массу На горючую (беззольную) массу На рабочую массу *

Теплотехнические характеристики древесины Состав древесной биомассы, т. е. содержание в ней отдельных элементов, характеризуется следующим уравнением: Ср+Нр+Ор+Nр+Aр+Wр=100% рабочее топливо Сухая масса топлива представляет собой биомассу, высушенную до абсолютно сухого состояния. Ее состав выражается уравнением: Сс+Нс+Ос+Nс+Aс=100% Горючая масса топлива — это биомасса, из которой удалены влага и зола. Ее состав определяется уравнением: Сг+Нг+Ог+Nr=100% *

Теплотехнические характеристики древесины Теплотой сгорания биомассы называется количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг вещества. Высшая теплота сгорания — это количество тепла выделившееся при сгорании 1 кг биомассы при полной конденсации всех паров воды, образовавшихся при горении, с отдачей ими тепла, израсходованного на их испарение (так называемой скрытой теплоты парообразования). Высшую теплоту сгорания определяют по формуле Д. И. Менделеева (кДж/кг): Qв=340Ср+1260Нр—109Ор Низшая теплота сгорания  — количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг биомассы, без учета тепла, израсходованного на испарение влаги, образовавшейся при сгорании этого топлива. Ее значение определяют по формуле (кДж/кг): Qр=340Cр+1030Hр—109Ор—25Wр Теплота сгорания стволовой древесины зависит только от двух величин: зольности и влажности. Низшая теплота сгорания горючей массы (сухой беззольной!) стволовой древесины практически постоянна и равна 18,6-22,7 МДж/кг (в зависимости от породы дерева) *

Химические компоненты древесины *

Целлюлоза (клетчатка) Главный компонент древесины Линейный полимер - полисахарид Макромолекула построена из остатков β-D-глюкозы Каждая пара связанных между собой глюкозных остатков образует целлобиозу Общая формула Степень полимеризации природной древесной целлюлозы n=5000-10000 * глюкозный остаток целлобиоза β-D-глюкоза

Целлюлоза (клетчатка) * Между гидроксильными группами, соединяющими элементарные звенья, возникают слабые водородные связи, поэтому макромолекула целлюлозы образует различные конформации Волокна целлюлозы

Целлюлоза (клетчатка) Целлюлоза главный строительный материал растительного мира, образующий клеточные стенки деревьев и других высших растений В клетке целлюлоза играет роль механического каркаса Образуется в процессе фотосинтеза (биосинтеза) из моносахаридов: 6CO₂ + 6H₂O + hν/хлорофилл→С₆Н₁₂О₆ +6О₂ глюкоза → крахмал → целлюлоза Самая чистая природная форма целлюлозы – волокна семян хлопчатника, 93-95% Содержание целлюлозы в древесине 45-50% *

Целлюлоза (клетчатка) Промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы – хлопок и древесная масса. Целлюлоза - горючее вещество; температура воспламенения 275°С, температура самовоспламенения 420°С (хлопковая целлюлоза). По химической природе целлюлоза представляет собой полиатомный спирт. Растворяется в растворах щелочей. Гидролизуется под действием кислот. Целлюлозу используют для изготовления бумаги и картона, для химической переработки на искусственные волокна (ацетатные, вискозные, медноаммиачные), для получения пластмасс, полимерных пленок, кино- и фотопленки, лаков и эмалей, бездымного пороха и др. *

Животная и бактериальная целлюлозы Туницин –животная целлюлоза, находится в тунике оболочников, ракообразных и улиток; по свойствам идентичен растительной целлюлозе Бактериальная целлюлоза была получена из мембран, образованных бактериями Acetobacter xylinum, культивированных на растворах глюкозы, фруктозы, сахарозы, маннита, глицерина. Под влиянием ферментов, вырабатываемых этими бактериями, сахара превращаются в целлюлозу со степенью полимеризации 3000-6000 *

Полиозы (гемицеллюлозы) Группа полисахаридов, содержащаяся в клеточных стенках древесины Отличаются от целлюлозы бóльшей гидролизуемостью в кислотах и растворимостью в щелочах Макромолекулы полиоз построены из пентоз (пентозаны) и гексоз (гексозаны) *

Полиозы (гемицеллюлозы) Пентозаны (С₅Н₈О₄)n - полисахариды, построенные из остатков пентоз Пентозы содержат 5 атомов углерода в составе элементарного звена Основными структурными элементами растительных пентоз являются ксилоза и арабиноза *

Полиозы (гемицеллюлозы) Гексозаны (С₆Н₁₀О₅)n – полисахариды, построенные из остатков гексоз Гексозы содержат 6 атомов углерода в составе элементарного звена Основными структурными элементами растительных гексоз являются манноза , галактоза , фруктоза *

Полиозы (гемицеллюлозы) Степень полимеризации полиоз n=50-300 Содержание полиоз в древесине 13-43% Гемицеллюлозы придают клеточной стенке дополнительную прочность и являются запасными веществами *

Лигнин Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений Относится к инкрустирующим веществам оболочки растительной клетки Отложение лигнина в клеточных оболочках вызывает одревеснение клеток и увеличивает их прочность Древесина лиственных пород содержит 20—30% лигнина, хвойных — до 50% Одревесневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, — бетону Химическое строение лигнина не установлено окончательно *

Лигнин Молекула лигнина состоит из продуктов полимеризации ароматических спиртов; основной мономер — конифериловый спирт *

Лигнин Лигнин — аморфное вещество жёлто-коричневого цвета; нерастворим в воде и органических растворителях; окрашивается основными красителями и даёт цветные реакции, характерные для фенолов  В промышленности получают как отход при производстве целлюлозы Ценное химическое сырьё: может применяться как наполнитель для полимерных материалов, как компонент клеев, в качестве пластификатора в керамическом производстве, для получения лигнинового угля, активного угля, при производстве пористого кирпича и др. Может служить котельным топливом *

Второстепенные полимерные вещества Крахмал Пектиновые вещества Белки Содержатся в очень малых количествах * пектин

Низкомолекулярные вещества Составляют несколько процентов от массы древесины Не оказывают большого влияния на ее свойства Органические и неорганические вещества Органические низкомолекулярные вещества называют экстрактивными веществами Неорганические вещества выделяются в виде золы *

Основные группы низкомолекулярных соединений Ароматические (фенольные) соединения Наиболее важное значение имеют танниды (дубильные вещества * Структурные элементы таннидов Галловая кислота Флавон Танины (гидролизуемые) Флобатанниды (конденсированные)

Основные группы низкомолекулярных соединений Галлотанин *

Основные группы низкомолекулярных соединений Терпены По числу терпеновых групп различают монотерпены С₁₀Н₁₆, сескви- (полуторные), ди-, три-, тетра- и политерпены * монотерпен, мирцен сесквитерпен, кадинен политерпен, каучук

Основные группы низкомолекулярных соединений Алифатические кислоты. В древесине содержатся насыщенные и ненасыщенные высшие жирные кислоты, главным образом, в форме эфиров с глицерином (жиры и масла) или с высшими спиртами (воски). Содержится и уксусная кислота в виде сложных эфиров. Спирты. Алифатические спирты присутствуют в виде сложных эфиров. Присутствуют и ароматические и алициклические спирты в виде стероидов и гликозидов. Неорганические вещества. В минеральных веществах древесины умеренного климатического пояса основными элементами являются калий, кальций, магний. В тропических древесных породах главными могут быть и другие элементы, например, кремний. Полностью остаются в золе. *

Экстрактивные вещества Это вещества, которые могут быть извлечены из древесины и коры путем экстракции водой и органическими растворителями *

Экстрактивные вещества Водой экстрагируются дубильные и красящие вещества, камеди. Дубильные вещества обладают вяжущим действием, используются для выделки кож (дубления) из сырых шкур животных. Основную, активную часть дубителей составляют танниды – производные многоатомных фенолов. *

Экстрактивные вещества Камеди представляют собой водорастворимые смолообразные вещества, состоящие в основном из полисахаридов. Используются для изготовления медицинских препаратов (таблеток от кашля), для обработки тканей, соломы и др. Красящие вещества желтого, коричневого, красного и синего цвета содержатся в полостях клеток древесины (особенно в ядре) и коры. *

Экстрактивные вещества Органическими растворителями из древесины выделяют смоляные и жирные кислоты, воски, стерины и др. Смолы. В смоле хвойных пород содержится около 40% терпенов и смоляных кислот. Терпены составляют основу технического продукта - скипидара Живица – жидкость, выделяющаяся при ранении ствола. Содержит жидкую, легко подвижную и летучую с водяным паром часть и смоляную часть, содержащую смоляные кислоты. При уваривании смоляных кислот образуется технический продукт – канифоль. *

Экстрактивные вещества Жирные кислоты (олеиновая, линолевая и др.) Жиры Стерины Алкалоиды – хинин, стрихнин (входят в состав коры) Витамины (С, В₁, В₂ и др.) Ядовитые вещества (содержатся в древесине тропических пород) *