Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Заттың көміртеңге айналуы. Карбонизация – өсімдіктер мен өлген жануарлардың қалдықтары сияқты органикалық заттардың деструктивті дистилляция арқылы көміртеңге өту процесі.
Conversion of matter to carbon
Carbonization or carbonisation is the conversion of organic matters like plants and dead animal remains into carbon through destructive distillation.
Карбонизацияның күрделілігі
Карбонизация – пиролиттік реакция, сондықтан дегидрогенациялау, конденсация, сутегін беру және изомеризация сияқты көптеген реакциялар бір мезгілде жүретін күрделі процесс болып саналады. Карбонизация коалификациядан ерекшеленеді, өйткені оның реакция жылдамдығы бірнеше есе жоғары. Соңғы пиролиз температурасы үшін қолданылатын жылу мөлшері карбонизация дәрежесін және шетелді элементтердің қалдық мөлшерін анықтайды. Мысалы, T ~ 1200 K температурасында қалдықтың көміртегі құрамы массалық үлесі бойынша 90%-дан асса, ал T ~ 1600 K температурасында 99%-дан астам көміртегі табылса. Глюкозаның әр граммынан шамамен 237 калория бөлінеді. Биоматериал кенеттен қатты қыздырылғанда (мысалы, ядролық жарылыс немесе жанартаудан түсетін пирокластикалық ағын сияқты), ол өте жылдам карбонизацияланып, қатты көміртекке айналады. Геркуланум қаласын жанартау қиратқанда, ағаш жиһаз сияқты көптеген органикалық заттар қатты қыздырудан көмірленді.
Carbonization is a pyrolytic reaction, therefore, is considered a complex process in which many reactions take place concurrently such as dehydrogenation, condensation, hydrogen transfer and isomerization. Carbonization differs from coalification in that it occurs much faster, due to its reaction rate being faster by many orders of magnitude. For the final pyrolysis temperature, the amount of heat applied controls the degree of carbonization and the residual content of foreign elements. For example, at T ~ 1200 K the carbon content of the residue exceeds a mass fraction of 90 wt.%, whereas at T ~ 1600 K more than 99 wt.% carbon is found. In the case of glucose, the reaction releases about 237 calories per gram. When biomaterial is exposed to sudden searing heat (as in the case of a nuclear explosion or pyroclastic flow from a volcano, for instance), it can be carbonized extremely quickly, turning it into solid carbon. In the destruction of Herculaneum by a volcano, many organic objects such as wooden furniture were carbonized by the intense heat.
Ағаш қалай көмірге айналады
Өндірістік жағдайда ағаш карбонизациясы үшін әдетте 280 °C-тан жоғары температура қажет, бұл энергияны босатады, сондықтан бұл реакция экзотермиялық деп аталады. Бұл карбонизация, ағаштың спонтанды түрде ыдырауы ретінде де қарастырылуы мүмкін, тек карбонизацияланған қалдық – көмір қалғанша жалғасады. Егер сырттан қосымша жылу берілмесе, процесс тоқтап, температура шамамен 400 °C-қа жетеді. Дегенмен, бұл көмірде бастапқы ағаштың күлімен қатар, айтарлықтай мөлшерде шайыр қалдықтары да болады.
The carbonization of wood in an industrial setting usually requires a temperature above 280 °C, which frees up energy and hence this reaction is said to be exothermic. This carbonization, which can also be seen as a spontaneous breakdown of the wood, continues until only the carbonised residue called charcoal remains. Unless further external heat is provided, the process stops and the temperature reaches a maximum of about 400 °C. This charcoal, however, will still contain appreciable amounts of tar residue, together with the ash of the original wood.
Карбонизациядағы өнеркәсіптік қауіпсіздік
Карбонизация зиянды заттарды бөліп шығарады және қауіптерді азайту үшін қарапайым сақтық шараларын қолдану қажет. Карбонизация кезінде пайда болатын газдың құрамында көміртек моноксиді көп мөлшерде болады, ол тыныс алғанда улы. Сондықтан, пеш немесе шұңқырдың маңында жұмыс істегенде, сондай-ақ оны түсіру үшін ашқанда, ыстық отынның спонтанды түрде тұтануынан түсіру кезінде бөлінетін көміртек моноксидінің таралуын қамтамасыз ету үшін тиісті желдетуді ұйымдастыру керек. Карбонизациядан пайда болатын шайыр мен түтін тікелей улы болмаса да, тыныс алу жүйесіне ұзақ мерзімді зиян келтіруі мүмкін. Тұрғын үйлерді мүмкіндігінше солай орналастыру керек, чтобы басып өтетін жел көмірден түтінді олардан алысқа қарай қалыптастырсын, ал пештердің жиынтығы тұрғын үйлерге жақын орналаспауы тиіс. Ағаш шайыры мен пиролинг қышқылы теріге тітіркенді әсер етеді, сондықтан қорғаныш киімдерін кию және әсер етуді азайтатын жұмыс процедураларын қолдану арқылы терімен ұзақ байланыстан сақтану керек. Шайыр мен пиролинг ерітінділері де өзендерді ластауы және адамдар мен жануарлардың ішетін суын нашарлатуы мүмкін. Балықтарға да зиянды әсер етуі мүмкін. Орташа және ірі көлемдегі ағаш көмірін өндіруден шығатын сұйық ағынды сулар мен қалдық суларды үлкен шөгінді тоғандарға жинап, булануға жіберу керек, осылайша бұл сулар жергілікті дренаж жүйесіне өтпей, өзендерді ластамайды. Пештер мен шұңқырлар, реторттар мен басқа да күрделі жүйелерден өзгеше, әдетте сұйық ағынды суларды шығармайды, қосалқы өнімдер көбінесе бу түрінде ауаға таралады. Осы жағдайда қоршаған ортаның ауа арқылы ластануына қарсы сақтық шаралары маңыздырақ.
Carbonization produces substances which can prove harmful and simple precautions should be taken to reduce risks. The gas produced by carbonization has a high content of carbon monoxide which is poisonous when breathed. Therefore, when working around the kiln or pit during operation and when the kiln is opened for unloading, care must be taken that proper ventilation is provided to allow the carbon monoxide, which is also produced during unloading through spontaneous ignition of the hot fuel, to be dispersed. The tars and smoke produced from carbonization, although not directly poisonous, may have long term damaging effects on the respiratory system. Housing areas should, where possible, be located so that prevailing winds carry smoke from charcoal operations away from them and batteries of kilns should not be located in close proximity to housing areas. Wood tars and pyroligneous acid can be irritant to skin and care should be taken to avoid prolonged skin contact by providing protective clothing and adopting working procedures which minimize exposure. The tars and pyroligneous liquors can also seriously contaminate streams and affect drinking water supplies for humans and animals. Fish may also be adversely affected. Liquid effluents and waste water from medium and large scale charcoal operations should be trapped in large settling ponds and allowed to evaporate so that this water does not pass into the local drainage system and contaminate streams. Kilns and pits, as distinct from retorts and other sophisticated systems, do not normally produce liquid effluent the by products are mostly dispersed into the air as vapours. Precautions against airborne contamination of the environment are of greater importance in this case.
Карбонизация және биодизель отындары
Бір зерттеуде карбонизация этанол мен май қышқылдарынан биодизель алу үшін жаңа катализатор жасауға қолданылды. Катализатор глюкоза және сахароза сияқты қарапайым қанттарды карбонизациялау арқылы жасалды. Қанттар 400°C температурада 15 сағат бойы азот ағынымен полициклді ароматты көміртекті қабаттардың күрделі қоспасынан тұратын қара көміртек қалдығына дейін өңделді. Бұл материалды күкірт қышқылымен өңдеп, оны сульфонит, карбоксил және гидроксил катализдік орталарымен функционалдады.
In one study, carbonization was used to create a new catalyst for the generation of biodiesel from ethanol and fatty acids. The catalyst was created by carbonization of simple sugars such as glucose and sucrose. The sugars were processed for 15 hours at 400 °C under a nitrogen flow to a black carbon residue consisting of a complex mixture of polycyclic aromatic carbon sheets. This material was then treated with sulfuric acid, which functionalized the sheets with sulfonite, carboxyl, and hydroxyl catalytic sites.