Контрольная работа по «Химическая технология древесины»

Министерство образования  и науки РФ

 

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный  технологический университет»

 

ХТФ ЗДО

 

Кафедра химической технологии древесины и биотехнологии

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине

«Химическая технология древесины»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

Студент 6 курса

группы 060804

Бурков М.В.

_______________________

_{Дата  сдачи}

_______________________

_{Подпись студента}

 

Проверил

 

_______________________

_Дата

_______________________

_{Подпись}

 

 

Красноярск 2013

 

1. Химический состав древесины. Общие понятия о гемицеллюлозах и их строении.

Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод С, водород Н, кислород О и немного азота. Элементарный химический состав древесины разных пород практически одинаков. В среднем абсолютно сухая древесина независимо от породы содержит 49,5% углерода, 44,2% кислорода (с азотом) и 6,3% водорода. Азота в древесине содержится около 0,12%. Элементарный химический состав древесины ствола и ветвей мало различается. Условия произрастания также практически не отражаются на содержании основных элементов.

Кроме органических веществ, в древесине есть минеральные соединения, дающие при сгорании золу, количество которой колеблется в пределах 0,2—1,7%; однако у отдельных пород (саксаула, ядра фисташки) количество золы достигает 3—3,5%. У одной и той же породы количество золы зависит от части дерева, положения в стволе, возраста и условий произрастания. Больше золы дают кора и листья; так, стволовая древесина дуба дает 0,35%, листья — 3,5% и кора — 7,2% золы. Древесина ветвей содержит золы больше, чем древесина ствола; например, ветви березы и ели дают при сгорании 0,64 и 0,32% золы, а стволовая древесина — 0,16 и 0,17% золы. Древесина верхней части ствола дает золы больше, чем нижняя; это указывает на большое содержание золы в древесине молодого возраста; так, древесина бука в возрасте 10, 20 и 50 лет давала при сгорании 0,56; 0,46 и 0,36% золы.

В состав золы входят главным образом соли щелочноземельных металлов. В золе из древесины сосны, ели и березы содержится свыше 40% солей кальция, свыше 20% солей калия и натрия и до 10% солей магния. Часть золы (10—25%) растворима в воде (главным образом, щелочи — поташ и сода). В прежнее время поташ К2СО3, употребляемый в производстве хрусталя, жидкого мыла и других веществ, добывали из древесной золы. Зола от коры содержит больше солей кальция (до 50% у ели), но меньше солей калия, натрия и магния. Входящие в состав древесины и названные выше основные химические элементы (С, Н и О) образуют сложные органические вещества.

Главнейшие из них образуют клеточную оболочку (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы — пентозаны и гексозаны) и составляют 90—95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные вещества называются экстрактивными, т. е. извлекаемыми различными растворителями без заметного изменения состава древесины; из них наибольшее значение имеют дубильные вещества и смолы. Содержание основных органических веществ в древесине в некоторой мере зависит от породы

По строению гемицеллюлозы напоминают целлюлозу и крахмал (это тоже полимеры); их цепи состоят из остатков гексоз либо пентоз, связанных кислородными мостиками. Но если молекулы целлюлозы насчитывают в своём составе от 1000 до 10000 мономеров, то цепочки гемицеллюлоз состоят из 150-300 молекул мономеров. Они значительно короче. Именно поэтому гемицеллюлозы нередко называют полуклетчатками. Основными гексозами гемицеллюлоз являются D-глюкоза и D-галактоза; пентозами – L-ксилоза и L-арабиноза.

По отношению и химическим агентам гемицеллюлозы гораздо менее стойки, чем целлюлоза: они растворяются в слабых щелочах без подогревания; гидролизуются с образованием сахаров в слабых растворах кислот; растворяются полуклетчатки и в глицерине при температуре 300 градусов.

Гемицеллюлозы в теле растений играют механическую роль, участвуя наряду с целлюлозой и другими веществами в построении клетчатых стенок.

Роль запасных веществ, отлагающихся, а затем расходующихся. При этом функцию запасного материала несут преимущественно гексозы; а гемицеллюлозы с механической функцией обычно состоят из пектоз. В качестве запасных питательных веществ гемицеллюлозы отлагаются также в семенах многих растений, особенно у однодольных, например, в клеточных стенках эндосперма многих пальм (в частности финиковой пальмы).

 

2. Макроскопическое строение древесины. Анатомическое строение хвойной и лиственной древесины.

Мароскопическое строение древесины определяется ее анатомическими элементами, видимыми на разрезах невооруженным глазом. Как любой живой организм, древесина состоит из клеток, которые в основном представляют собой полые трубки разных сечений. Неоднородность строения древесины по толщине и длине ствола определяет неодинаковые его свойства в разных направлениях. Анизотропия свойств древесины отрицательно сказывается при эксплуатации изделий из нее и усложняет их производство. Поэтому строение материала изучают на трех главных разрезах — поперечном, радиальном и тангентальном.

Поперечным называют разрез, плоскость которого перпендикулярна оси ствола. Продольные разрезы проходят вдоль оси ствола: радиальный — через его центр, тангентальный — на некотором расстоянии от центра.

Сердцевина располагается в центральной части ствола. Она хорошо видна на поперечном разрезе в виде круглого или яркого звездчатого пятна. Древесина сердцевины рыхлая, легко загнивает, поэтому наличие сердцевины считается пороком пиломатериалов.

За сердцевиной располагается древесина — наиболее ценная часть ствола с точки зрения его промышленной переработки. Окаймляет древесину кора, состоящая из двух частей: наружной и внутренней. Наружная корка — это слой омертвевшей ткани, защищающей древесину от механических повреждений и перепадов температуры окружающей среды. Внутренняя часть коры — луб — представляет собой узкий слой, по которому происходит нисходящий поток органических веществ от кроны к корням.

Все древесное породы принято делить на ядровые и заболонные. Ядровые породы в центре ствола имеют яркоокрашенную часть — ядро, имеющую более низкое значение влажности, чем на периферии. Так, у хвойных ядровых пород влажность ядра не превышает 40% в любое время года. Ядрообразование — процесс накопления экстрактивных веществ, которые откладываются в отмирающих клетках и закупоривают проводящие пути. Примерами ядровых пород служат лиственница, сосна, кедр, тополь, яблоня, дуб, ясень и др.

Периферийная светлая часть ствола вокруг ядра называется заболонью. По заболони происходит восходящий поток воды и растворов минеральных солей от корней к кроне. Ширина заболони — характерный признак разных пород. Так, лиственница имеет узкую заболонь, потому что ядрообразование начинается с четырехлетнего возраста древа. Сосна, наоборот, отличается широкой заболонью, так как ее ядро образуется только после 30 лет. Ширина заболони изменяется также по высоте ствола. Заболонь имеет существенно более высокую влажность, чем ядро. Древесные породы, имеющие по всей

ширине ствола одинаковую окраску и равномерную высокую влажность, называют заболонными (береза, клен, ольха и др.). Иногда в центральной части ствола таких пород (клен, береза) образуется ложное ядро, которое может быть с загниванием и без загнивания.

Кроме ядровых и заболонных выделяют спелодревесные породы, характеризующиеся ровным светлым цветом древесины по всему сечению ствола, но влажность таких растущих деревьев такая же, как у ядровых хвойных пород. К спелодревесным относятся ель, пихта, осина, бук и др.

В результате ежегодного прироста по диаметру ствола образуются годичные слои, которые состоят из двух зон: ранней и поздней. Ранняя зона — светлая, образуется в первую половину вегетационного периода (до середины июля); поздняя — темная, образуется во второй половине вегетационного периода (июль—август). На поперечном (торцевом) разрезе ствола годичные слои видны в виде концентрических линий (колец), на радиальном — в виде параллельных линий, на тангентальном — конусообразных.

Ранняя зона слоя более рыхлая, выполняет проводящую функцию. Поздняя зона характеризуется повышенной плотностью и выполняет механическую функцию. Древесные породы, имеющие хорошо развитую позднюю зону (лиственница), отличаются повышенной твердостью и прочностными показателями.

Ширина годичных слоев определяется породой и условиями произрастания: видом почвы и влажностно-тепловым режимом. По ширине годичных слоев определяют климат в местности роста дерева, а по количеству слоев — его возраст. Ширина годичных слоев колеблется от 1 — 1,5 см у тополя до 1 мм у самшита. У разных древесных пород переход от ранней к поздней древесине может быть резким (сосна, лиственница) или плавным (кедр). В тропическом климате древесные породы могут не иметь даже слабо заметной границы между зонами.

Сердцевинные лучи на поперечном разрезе имеют вид светлых или темных радиальных линий, идущих от центра к периферии; на радиальном — полос, блестящих лент и пятен различного размера, расположенных поперек годичных слоев; на тангентальном — небольших черточек и штрихов темного цвета.

В зависимости от ширины сердцевидные лучи делят на три группы: очень узкие, незаметны невооруженным глазом, например у березы и осины; слабо заметные (клен, липа); широкие, хорошо заметны на всех трех разрезах (дуб, бук, платан).

У граба, ольхи, лещины ложноширокие сердцевинные лучи хорошо заметны и состоят из нескольких сближенных лучей. Лучи, идущие от коры до сердцевины, называются первичными, не доходящие до сердцевины — вторичными. Функции сердцевинных лучей — хранение и продвижение питательных веществ по толщине ствола, а также газообмен. У разных пород на долю сердцевинных лучей приходится 7—10% объема ствола. Их больше у лиственных пород.

Сосуды встречаются только у лиственных пород. По размерам делятся на крупные (хорошо заметные невооруженным глазом) и мелкие (незаметные или слабо заметные). В зависимости от их расположения по годичному слою лиственные и древесные породы подразделяют на кольцесосудистые и рассеяннососудистые.

У кольцесосудистых пород (дуб, ясень, бархатное дерево, белая акация и др.) крупные сосуды сконцентрированы в ранней зоне годичного слоя и на торцевом срезе образуют кольцо в виде округлых отверстий. На радиальном разрезе они видны в виде параллельных глубоких царапин, на тангентальном — таких же царапин в ранней зоне, имеющей конусообразную форму. Мелкие сосуды у кольцесосудистых пород сосредоточены в поздней зоне годичного слоя. У дуба они образуют полоски неправильных очертаний, напоминающих язычки пламени, у ясеня — светлые точки, переходящие к наружной границе годичного слоя в черточки или прерывистые полоски.

Рассеяннососудистые породы имеют равномерно расположенные сосуды по всей ширине годичного слоя (береза, яблоня, груша, черемуха, осина, клен, граб, липа).

Смоляные ходы встречаются только у хвойных пород. Представляют собой межклеточные каналы, заполненные смолой. Различают вертикальные и горизонтальные смоляные ходы, которые соединены между собой и образуют единую смоляную систему. Более крупные смоляные ходы — в древесине кеДра, которые могут быть видны в виде смоляных точек на поперечном разрезе и продольных черточек — на радиальном. Горизонтальные смоляные ходы проходят по сердцевинным лучам и невооруженным глазом не заметны. Около трети смоляных ходов сосредоточено в поздней зоне годичного слоя.

 

3. Характеристика сырья, основных и побочных продуктов переработки древесной зелени.

Древесная зелень - это покрытые хвоей или  листьями ветки диаметром не более 8 мм у основания, а также одним  из основных качественных показателей  является свежесть. Свежая древесная  зелень не должна иметь признаков  плесени и загнивания, цвет хвои и листьев - зеленый, запах - приятный, характерный для данной породы. Кроме  хвои или листьев включает почки  и неодревесневшие побеги ( наиболее ценные составные части), а также  кору, древесину, мхи, лишайники и  другие примеси растительного происхождения

По общей питательной ценности свежая древесная зелень в ряде случаев превосходит травянистые растения. Преимуществом этого вида корма является значительное содержание витаминов С,Д,Е,К, группы В, каротина, фитонцидов, бактериостатических и антигельминтных веществ неизвестной природы, таннидов, а также относительная дешевизна.

Одним из распространенных способов переработки древесной зелени является получение витаминной муки. В технологии можно выделить две стадии: заготовка кондиционной древесной зелени и переработка ее на витаминную муку (этот процесс включает сушку скоростным методом, размол и затаривание готовой продукции). Получают хвойно-витаминную муку на передвижных и стационарных установках. Технология сушки сильно влияет на качество конечного продукта (содержание каротина).

Хлорофилло-каротиновая паста представляет собой фитонцидный, поливитаминный галеновый препарат, стимулирующий процессы заживления кожи и слизистых оболочек; состоит из натриевых солей жирных и смоляных кислот, неомыляемых веществ, БАВ: производные хлорофилла, каротиноиды, токоферол, стерины, фитонциды и др. Хлорофилл близок по составу к пигменту крови- гемоглобину, увеличивает содержание в крови животных эритроцитов и гемоглобина. Добавление в рацион хлорофилло-каротиновой пасты увеличивает усвоение белка и липидов. Технология производства включает следующие операции: измельчение древесной зелени; экстракция измельченной древесной зелени бензином; отгонку растворителя и эфирных масел из экстракта; омыление смолистых веществ 40%водным раствором едкого натра и разбавление водой до 40-50% влажности. Разлив готовой пасты осуществляется в горячем виде.

Процесс получения концентрата хлорофиллина натрия (наиболее устойчивая форма хлорофилла) был разработан в ГЛТА. Препарат применяется как БАД в косметических препаратах, как лечебное средство в медицине. Стадии технологического процесса: измельчение древесной зелени; экстракция бензином; охлаждение и фильтрация бензинового экстракта древесной зелени (для отделения воскообразных продуктов); омыление экстрактов водным раствором едкого натра; отделение бензинового раствора неомыляемых веществ; разложение водного раствора омыленных смолистых веществ разбавленной серной кислотой; отмывка кислот от хлорофиллина-сырца и промывка его водой. Как показали исследования, проведенные ГЛТА, неомыляемые вещества (побочный продукт) содержат БАВ: витамины Е, К, каротин, фитол, стерины и др., и следовательно, могут быть использованы для создания новых биологически активных препаратов из древесной зелени.