Презентация на тему "Древесина и её топливные свойства" 11 класс

Содержание

• 
  Слайд 1

  Древесина и её топливные свойства

• 
  Слайд 2

  Строение дерева

  2

• 
  Слайд 3

  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

  3

• 
  Слайд 4

  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

• 
  Слайд 5

  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)

  5

• 
  Слайд 6

  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.

  6

• 
  Слайд 7

  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)

  7

• 
  Слайд 8

  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

  8

• 
  Слайд 9

  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.

  9

• 
  Слайд 10

  Содержание связанного углерода

  • На сухую массу
  • На горючую (беззольную) массу
  • На рабочую массу

  10

• 
  Слайд 11

  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%

  11

• 
  Слайд 12
  

  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)

  12

• 
  Слайд 13

  Химические компоненты древесины

  13

• 
  Слайд 14

  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

  14

  • глюкозный остаток
  • целлобиоза
  • β-D-глюкоза
• 
  Слайд 15
  

  15

  Между гидроксильными группами, соединяющими элементарные звенья, возникают слабые водородные связи, поэтому макромолекула целлюлозы образует различные конформации

  Волокна целлюлозы

• 
  Слайд 16
  

  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%

  16

• 
  Слайд 17
  

  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.

  17

• 
  Слайд 18

  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

  18

• 
  Слайд 19

  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)

  19

• 
  Слайд 20
  

  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

  20

• 
  Слайд 21
  

  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

  21

• 
  Слайд 22
  

  Степень полимеризации полиоз n=50-300

  Содержание полиоз в древесине 13-43%

  Гемицеллюлозы придают клеточной стенке дополнительную прочность и являются запасными веществами

  22

• 
  Слайд 23

  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

  23

• 
  Слайд 24
  

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

  24

• 
  Слайд 25
  

  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

  25

• 
  Слайд 26

  Второстепенные полимерные вещества

  • Крахмал
  • Пектиновые вещества
  • Белки

  Содержатся в очень малых количествах

  пектин

• 
  Слайд 27

  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

  27

• 
  Слайд 28

  Основные группы низкомолекулярных соединений

  • Ароматические (фенольные) соединения
  • Наиболее важное значение имеют танниды (дубильные вещества

  28

• 
  Слайд 29
  

  Галлотанин

  29

• 
  Слайд 30
  

  Терпены

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

• 
  Слайд 31
  

  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.

  31

• 
  Слайд 32

  Экстрактивные вещества

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

  32

• 
  Слайд 33
  

  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.

  33

• 
  Слайд 34
  

  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.

  34

• 
  Слайд 35
  

  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.

  35

• 
  Слайд 36
  

  • 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)

  36