林产化学工艺学

第一篇天然树脂生产工艺学树木提取物:用水或有机溶剂从树木的各个部分提取出来的产品，或用水蒸气蒸馏树木各个部分得到，特点:提取过程中不引起木材结构或组成上的改变。原料可以进行综合利用。提取物分类:天然树脂、栲胶、精油、其他林特产品。天然树脂生产工艺学:是研究天然树脂产品的基本化学性质、加工理论和生产技术的科学。同时，为了更进一步扩大其用途和改善品质，阐述和讨论了产品再加工的途径和生产工艺。松香的改性产品主要有氢化松香、聚合松香、歧化松香马来松香。松香衍生物产品包括松香酯、松香盐、松香腊、松香胺等。第一章生产松香、松节油的原料从化学组成看，松脂主要是固体树脂酸溶解在萜烯类中所形成的溶液。松节油:挥发性的萜烯类物质，松香:非挥发类的树脂酸，脂松香和脂松节油:从生活的松树上采集松脂，松脂通过水蒸气蒸馏的得到的松香和松节油。木松香和木松节油（浸提松香和浸提松节油）：用有机溶剂浸提松根明子，浸提液再加工提取的松香和松节油。浮游松香和浮游脂肪酸:在硫酸盐法松木制浆生产中，木材的树脂酸和脂肪酸溶于碱液中，碱液浓缩得到硫酸盐皂，硫酸盐皂经酸化后得到粗浮油,在进行减压分馏后得到的松香和脂肪酸。硫酸盐松节油:从松木蒸煮过程排汽中回收得到的松节油。第一节、松脂采集采脂:在松树树干上有规律的开割伤口，引起松脂大量分泌和收集松脂的作业称为米脂。松脂的形成条件:1、充足的光照条件2、 一定浓度的二氧化碳3、 土壤中吸收充足的水分和无机营养米脂是一个笼统的叫法。松脂采割是指在松树树干上定期有规律地开割割口,并收集从割口流出来的松脂的操作。化学采脂:化学采脂使用化学药品刺激松树，使之多分泌松脂，延长流脂时间，提高松脂产量和劳动生产率。第二章松脂化学基础第一节、松脂的组成与性质松脂的组成:固体树脂酸,液体萜烯类。从化学角度看松脂组成：1、酸部分,2、中性油部分第二节、松节油的组成与性质我国生产的松节油，绝大部分是脂松节油。1、脂松节油的组成由松脂加工生产分离的松节油叫脂松节油。松节油以单萜烯为主要成分的混合液体商品名称为优级松节油（简称优油），亦即通常所称的松节油；以倍半萜长叶烯和石竹烯为主要组成的混合液体商品名称为重松节油（简称重油）。2、 松节油的物理性质松节油是透明无色、具有芳香气味的液体，是一种优良溶剂，能与乙醚、乙醇、苯、二硫化碳、四氯化碳和汽油等互溶，不溶于水,易挥发，属二级易燃液体。它的物理性质如相对密度、折射率（折光指数）、比旋值、沸点、黏度等，与油的组成有关。3、 松节油的化学性质异构反应，氧化反应，加成、水合反应，热解反应，酯化反应，氢化反应,脱氢反应，环氧化反应，聚合反应。第三节、松香的组成与性质松香的组成:树脂酸含量、脂肪酸含量、中性物质含量松香的主要成分1、树脂酸，它是各种同分异构的树脂酸的熔合物。它们具有同一分子式C20H29COOH。这个分子式可以认为是以羧基代替甲基的二萜类含氧衍生物。2、树脂酸的结构与分类:树脂酸是一类化合物的总称，他们大多具有三环菲骨架,二个双键的一元羧基，少量为劳丹烷骨架和个别具有二元羧基。3、树脂酸分为三个主要类型:枞酸型树脂酸、海松酸性树脂酸、劳丹型树脂酸。（一） 松香的物理性质松香是一种透明而硬脆的固态物质，折断面似贝壳且有玻璃光泽，颜色由微黄至褐红色，松香溶于许多有机溶剂。结晶现象就是在厚而透明的松香块中出现树脂酸的结晶体，松香因而变浑浊，肉眼可见。结晶松香的熔点较高（110°C-135°C）,难以皂化，在一般有机溶剂中有再结晶的趋向,给肥皂、造纸、油漆等生产造成困难。松香的结晶趋势是松香在一定有机溶剂（丙酮）中析出树脂酸晶体的倾向性。松香易被大气中的氧所氧化，尤其在较高温度或呈粉末状态时更易氧化。松香在不结晶的情况下是玻璃体，无定形固体，没有确切的熔点，只有软化点。（二） 松香的化学性质松香的主要组成是树脂酸，其化学性质决定于树脂酸的结构。树脂酸分子结构中有双键和羧基两个反应活性中心。利用共轭双键的反应（包括异构、氧化、氢化、聚合、歧化和加成等）作为松香改性的基础。异构化反应、氧化反应、加成反应、氢化反应、歧化反应、聚合反应、氨解反应、酯化反应、成盐反应、松香的热裂解第三章松香加工松脂加工通常是用水蒸气蒸馏的方法将松香和松节油分离，并除去杂质和水分。按照加热热源不同，分为水蒸气法和简易法。按照加工工艺连续的情况，水蒸气法又可分为连续法和间歇法。第一节、松脂在工厂中的贮存与运输松脂的贮存方法:在工厂中，一般用贮脂池珠村松脂，国外亦有用地面上的理事贮罐。贮存量半个月至两个月。松脂的输送:螺旋输送机输送、压缩空气输送。第二节、水蒸气法松脂加工一、水蒸气法松脂加工工艺流程水蒸气法是用水蒸气作为加热和解吸介质松脂加工的方法加工过程氛围三个工序。松脂的熔解、熔解脂液的净制和净制脂液的蒸馏。先将松脂加热并加松节油和水,使之熔解为液体状态，滤去大部分杂质,洗去深色的水溶物，同时加入脱色剂，除去松脂中的铁化合物。溶解脂液在经热水洗涤后进入净制工序，进一步除去细小杂质和绝大部分水。得到的净制脂液在间歇蒸馏釜或连续蒸馏塔中用过热水蒸气蒸馏，制得松香和松节油产品。一、松脂的熔解为了除去杂质和水分，必须再加入适量的松节油和水，并加入草酸,加热至93-95°C。加热和加油的目的是使松脂更好的熔解，降低松脂的密度和黏度，加水是为了洗去松脂中的水溶性色素;加入草酸是除去有色的树脂酸铁盐,生成溶于水的盐类。间歇溶解过程的主要设备:加料斗一般要求容纳1-2h生产的需要量。间歇熔解釜:间歇熔解釜具有加热、搅拌、洗涤、过滤和压送作用。二、 松脂连续熔解工艺三、 熔解脂液的净制水洗工艺都是在熔解粗滤后进行,粗滤将大部分有色物质滤去。脂液经过渡槽沉去有色的洗涤水，在进行水洗。水洗目的：1、进一步除去脂液中的色素，提高松香颜色级别。2、洗去脂液中残留的无机酸,减弱蒸馏对树脂酸的异构。1、 脂液澄清过程的理论基础澄清法是利用悬浮液或互不相溶的液体中各种物质重量不同而自行分层的原理。重的杂质,如泥沙等在澄清时较易下沉，水和树皮等细小杂质与脂液的密度差不很大，沉降需要较长时间。2、 中层脂液的处理和利用在澄清过程中，澄清脂液和水层之间有一层脂液、水和杂质相混的褐色混合物,称为中层脂液或中间层。其量约为原料量的1%-3%。净制脂液的蒸馏一、间歇式脂液水蒸气蒸馏1、 间歇式常压水蒸气蒸馏2、 脂液减压水蒸气蒸馏减压水蒸气蒸馏特点:a、减少水蒸气耗量，降低煤耗；b、 可提高产品质量；c、 降低松香含油量；d、 减少松香结晶及结晶现象。第三节、松脂的间易加工滴水法:滴水法是把松脂直接装于蒸馏锅内，用直接火加热,蒸出松节油。操作过程:加料、熔解、滴水、停滴、煮炼、放香、过滤、包装。加工设备:蒸馏锅、除沫器、冷凝器、松香冷却槽、炉灶。第四章硫酸盐松节油及木浆浮油的提取和加工粗硫酸盐松节油和粗木浆浮油是硫酸盐松木制浆制造过程中的副产品，但是松香松节油生产的三大来源之一。粗硫酸盐松节油经精制后可作为一般松节油使用。木浆浮油也是工业用脂肪酸的第二大原料来源。第一节、粗木酸盐松节油的回收和精制一、 粗硫酸盐松节油的回收粗硫酸盐松节油的主要成分是蒎烯，还有一些单环萜烯和高沸点萜烯。所含的硫化物是在木片蒸煮过程中硫化钠与木素中的甲氧基作用而生成的,主要有甲硫醇(CH3SH),二甲硫醚(CH3)2S和二甲二硫醚(CH3SSCH3)等。二、 硫酸盐松节油的精制大致可归纳为两大类:化学法和精馏法。在生产实践中，两种方法经常配合使用。工业上常采用精馏的方法使粗硫酸盐松节油净化。第二节、粗木浆浮油的提取与精制一、 粗木浆浮油的提取粗木浆浮油主要是由树脂酸、脂肪酸和中性物组成。木浆浮油硫酸盐皂的酸化。间歇法硫酸盐皂酸化工艺流程课本P73二、 粗木浆浮油的精馏和精制目前绝大部分粗木浆浮油通过化学处理或通过精馏方法来得到工业上用途较广的浮油松香、浮油脂肪酸、浮油沥青等产品。三、粗木浆浮油的连续精馏工艺粗木浆浮油的连续精馏有两种不同的方法:一种是先从粗木浆浮油中蒸出挥发物而脱除非挥发的沥青，然后将挥发性组分中的树脂酸、脂肪酸及轻馏份分离，这种方法叫做解吸一精馏法。另一种方法是先蒸出轻馏份，再蒸去脂肪酸馏份，然后再从含有树脂酸和沥青的釜残中分离出树脂酸，这种方法称为精馏一解吸法。第三节、木浆浮油的组成和应用一、 粗木浆浮油是成分复杂的混合物，主要由树脂酸、脂肪酸和中性物（不皂化物）组成。二、 甾醇根据其来源不同可分为三大类:动物甾醇、植物甾醇和菌性甾醇。三、 植物甾醇提取工艺植物甾醇的提取方法很多，如溶剂萃取结晶法、超临界二氧化碳萃取法、柱分离法、酯化法及络合法等。但从生产规模及生产成本方面考虑,工业都采用溶剂萃取结晶法。生产原料为粗硫酸盐皂或浮油沥青。第二篇林产原料的溶剂提取用溶剂浸泡原料（树皮、树叶和果实等），使其中的有用成分溶解而离开原料的分离过程，称为固-液萃取（简称提取或浸提）。第一章、提取的基本原理和方法原料的浸提过程（三个步骤）：1、渗透;2、溶解;3、扩散。“相似相溶”的规律是选择适当溶剂从植物中提取所需要的成分的依据之一。溶剂的分类:水、亲水性的有机溶剂、亲脂性的有机溶剂。提取方法:工业生产中，植物成分的常用提取方法有水提取法、有机溶剂提取法、超临界流体提取法等。有机溶剂提取法:凡脂溶性基团占优势的化合物，如萜类、甾体、蒽醍等，用有机溶剂提取。第二章树皮果壳等的作用栲胶:是以单宁为主要成分的复杂的混合物。单宁:单宁又名鞣杂或植物鞣杂，是含于植物体内的能将生产皮鞣制成革的多元酚衍生物组成的复杂的混合物。栲胶的化学性质:水解、降解，重排反应，氧化反应，蛋白质反应，甲醛反应，金反应,亚硫酸盐反应，陈化变质。栲胶原料:富含单宁的植物的皮、根、果、壳、木材、叶等都称做栲胶原料。一、 浸提工艺要求对于浸提生产工艺条件应该统筹安排，达到优质、高产、低消耗。抽出率:当原料含单宁＞20%时，单宁的抽出率应N90%;当原料含单宁＜20%时，单宁的抽出率N80%-85%。生产率:在满足抽出率与质量的前提下，达到高产。二、 蒸发的工艺要求蒸发的工艺要求，在保证浓胶质量的前提下，尽量提高浓胶浓度，减少蒸汽用量,提高蒸发强度。三、 浓胶的干燥浓胶浓度为30%-50%,常用喷雾干燥除去其中水分而成粉状栲胶，以满足制革工业的需要。喷雾干燥的优点是:干燥时间短，物料温度低，适于热敏性物料的干燥;产品质量较稳定，溶解性能好，生产效率较高。栲胶的用途:1、植物鞣剂,2、木工胶粘剂,3、泥浆稀释剂,4、气体脱硫剂。工业单宁酸的用途:1、错沉淀剂,2、合成纤维的固色剂,3、酒类澄清剂和除铁剂，4、制没食子酸（倍酸）。松针提取物:松针提取物有松针膏、松针维生素原浓缩物和松针叶绿素铜钠。松针膏生产过程:包括备料、萃取、蒸发和皂化。第四章茶叶的利用茶叶的主要化学成分:茶叶含有300多种化学成分，主要有茶多酚类、咖啡因类和茶多糖类化合物。第五章银杏叶的利用银杏叶的化学成分:银杏叶含有黄酮类、萜内酯类、有机酚酸类、聚异戊烯醇类、生物碱和多糖类等60余个化合物，其中主要活性物质为黄铜类化合物和萜内酯类化合物。第三篇植物纤维原料的水解及微生物加工第一章植物纤维原料的水解植物纤维原料的水解历来是林产化工的重要组成部分，产品包括酒精、酵母、单糖（葡萄糖、木糖）、糠醛、木糖醇、糖饲料等，这些产品对发展国民经济和提高人民生活水平具有重大作用。微生物加工具有同等的作用，随着整个生物技术的发展,微生物加工必将得到更多的应用。原料对糠醛得率的影响因素主要有含水率、颗粒度、装锅密度、透水和透气性等。水分过高的原料需干燥，因为水分过高在拌酸时会降低原料中的实际酸浓度，降低酸的催化能力;原料还应粉碎至适当的粒度，以保证拌酸时酸液能充分透入和保证装锅后料层的流体力学性质;装锅密度影响劳动率、蒸汽消耗和设备利用率，它和戊聚糖含量一样