- Mangalul: proprietati, Puterea calorica

Cap I . Descrierea generala a unitatii de productie.

1.1. Localizarea geografica si situatia administrative:

U.B.-ul se afla la interiorul curbei carpatice in depresiunea denumita Tara Barsei la 30 km de municipiul Brasov.

Proprietarul U.B.Maierus este comuna cu acelasi nume si este gospodarita prin primarie si administrate cu ajutorul O.S.Padurea Bogatii (ocol silvic privat).

1.2.Vecinatati , limite si hotare:

Repartizarea fondului forestier pe unitati territorial administrative:

U.B.Maierus este divizata in patru cantoane ce apartin districtului IV:

1.Cantonul nr.15 Valea Sampetrului.

2.Cantonul nr.16 Culmea Calabarului.

3.Cantonul nr.17 Valea cu Stejari.

4.Cantonul nr.18 Fantana Alba.

1.2.Studiul conditiilor stationale.

Din punct de vedere al raionarii fizico - geografice, teritoriul studiat se afla in provincia central europeana tinutul muntilor mijlocii si mici, districtul muntilor Persani.

Unitatea geomorfologica predominanta este versantul, configuratia terenului este majoritar ondulata. Ca unitati de mezorelief se intalnesc culmi inguste, mai putin plane (coame largi) si mici platouri. Arboretele se situeaza la altitudini intre 530 si 1100 m.

Din punct de vedere geologic, suprafata este constituita, in profunzime, dintr-un orizont de conglomerate polimidice, format in cretacicul inferior. Printre aceste conglomerate se intercaleaza local bare de calcare recifale sau pahiodante. Peste acestea s-a depus un strat constituit din flis marmot-gresos, peste care, in cuaternar au aparut depozite fine, formate din argile si nisipuri, pe care s-au format solurile actuale.

In treimea inferioara a vaii Bogatii predomina eruptivul neovulcanic, care este reprezentat prin basalt si tufuri bazaltice. Neogenul este reprezentat prin conglomerate, gresii si flis gresos. Conglomeratele prezinta diferite grade de cimentare, functie de natura liantului, care sub influenta factorilor climatici se dezagregheaza in timpi diferiti.

Altitudinea maxima este 1100 m iar cea minima 560 cu o energie de relief 540, altitudinea medie se situeaza in jurul valorii de 700 m. Vaile au in general orientari nord-sud si expozitia versantilor este partial insorita, insorita sau umbrita, ceea ce creeaza tot atatea conditii de climat local care influenteaza repartitia speciilor si asocierea in cadrul teritoriului studiat.

CAP.2.INSUSIRILE MANGALULUI.

2.1. Generalitati:

Mangalul este produsul solid rezultat in urma procesului de ardere incompleta a lemnului, cu admisie dozata a aerului, la temperaturi de 260°C, in instalatii specifice.

Calitatea mangalului depinde de metoda de obtinere ( in bocse sau in retorte) si de specia lemnoasa utilizata. Mangalul de bocsa se poate obtine din lemn de orice specie, insa cel mai bun rezulta din: fag, carpen, stejar, mesteacan, artar, iar din lemnul de foioase moi si rasinoase rezulta mangalul de calitate inferioara. Pentru mangalizare se foloseste lemn de fag sub forma de metrii steri, buturi greu despicabile, craci varfuri de foioase si rasinoase, resturi de exploatare. Lemnul pentru mangalizare poate avea orice defecte cu exceptia putregaiului. Mangalul de bocsa are culoarea neagra, luciu in spartura proaspata, sunet metalic si prezinta porozitate.

Daca mangalizarea lemnului se produce in bocse, se obtine numai mangal, celelalte produse ( gudroane, ape pirolignoase, gaze) se pierd prin raspandirea lor in aer si sol, avand efecte negative asupra mediului inconjurator.

In cazul distilarii uscate a lemnului in retorte exista posibilitai de recuperare si valorificare pe langa mangal si a unor produse cu folosire directa sau prelucrate ( acid acetic, metanol, alcool etilic), precum si energie termica.

Mangalul de bocsa obtinut la temperaturi de 600 - 650 °C este considerat un combustibil foarte bun, fiindca are porozitate mare (p=75-85%), are un continut mare de carbon ( 83 - 88%), un procent foarte mic de cenusa (1-3%) si aproape fara continut de sulf. Mangalul astfel obtinut are rezistente mecanice scazute si fiindca are si un pret ridicat este putin folosit drept combustibil pentru furnale, fiind folosit doar pentru elaborarea fontelor de calitate superioara.

Mangalul de retorta are o puritate sporita si o calitate superioara fiind folosit pentru elaborarea de oteluri speciale. Sub forma de carbune activ este folosit la decolorare, dezodorizare, la absorbtia gazelor si in industria farmaceutica.

2.2. Proprietatile mangalului.

2.2.1.Proprietati fizice si chimice.

2.2.1.1.Masa mangalului.

In cazul determinarii masei mangalului deosebim doua feluri de mase: masa specifica si masa hectolitrica a mangalului.

Masa specifica constituie cantitatea de mangal macinat sub forma de pudra care are masa de 1,4 kg, deci 1 dm³ de mangal cantareste 1,4 kg. Pentru ambele calitati de mangal, masa specifica in gramada trebuie sa fie 210-250kg/m³. Masa specifica variaza cu specia, cu durata procesului de mangalizare in bocse, cu granulatia si umiditatea. Prin experiente s-a demonstrat ca masa specifica a mangalului produs la 150°C este de 1,3, la 270°C este de 1,5, la 340°C este de 1,5 si la peste 1000°C este de 2,0.

Date legate de productia de mangal.

Tabel 1.

Masa specifica in gramada a mangalului produs din lemnde fag in bocse verticale este situata intre limitele 215-263 kg/m³, in medie 240 kg/m³, la o umiditate de 8-10%.

Masa hectolitrica a mangalului reprezinta masa in kg a unui hectolitru de mangal in bucati, ce variaza cu:

Continutul de umiditate al mangalului;

Dimensiunile bucatilor de mangal; pentru mangal siderurgicgolurile trebuie sa fie de 44%.

Durata timpului de carbonizare; daca procesul de mangalizare a decurs lent, mangalul prezinta greutate mare

Specia sau grupa de specii (conform tabel 1)

Mangalul de retorta are o masa hectolitrica de 16-170 kg/hl.

2.2.1.2.Granulatia mangalului.

Granulatia, respectiv structura dimensionala a mangalului de bocsa este reglementata prin STAS 1532-710 in prevederile mentionate in tabelul 2.

Compozitia granulometrica a mangalului de bocsa.

Tabelul 2.

Determinarea granulatiei consta in separarea pe clase de dimensiuni, prin cernerea mangalului de bocsa din proba respectiva, cantarirea fractiunilor rezultate si stabilirea proportiei de participare a acestora in masa probei. Pentru determinare se ia o proba de mangal, se rastoarna pe o platforma si se imparte in doua grupe de 0,5 m³ fiecare, prima folosindu-se pentru determinarea granulatiei, iar a doua subproba pentru determinarea rezistentei la sfaramare. Pentru granulatie se cantareste proba, apoi se trece in portiuni mici pe site cu ochiurile de 20 si 40 mm. Ciururile se aseaza orizontal si se monteaza pe rame de 500 x 500 mm. Cernerea consta in 30 de miscari duble pe minut , cu o lungime a cursei de maxim 150 mm si rezulta 3 fractiuni:

d < 20mm, d = 20,1-40mm si d > 40mm. Materialul trecut prin ambele site si cel ramas pe site se cantareste separat cu precizia de 0,5 kg. Proportia ce revine fiecarei fractii se determina cu relatia:

MFx - masa granulelor din fractia Fx , in kg

MS1 - masa primei subgrupe de la determinarea densitatii in gramada, luata in lucru, in kg.

In siderurgie se foloseste mangal selectionat in care cantitatea de bucati peste 40 mm reprezinta minim 76%, a celor de 20-40 mm reprezinta 12%, iar cele sub 20 mm 12%. In procesul de elaborare a fontei mangalul are rol de reductor al oxidului de fier si asigura temperatura necesara procesului de reducere. Mangalul trebuie sa fie aranjat in conditii favorabile de ardere pentru ca sa se poata dezvolta maximul de putere calorica (8080 kcal/kg). Conditiile sunt asigurate atunci cand prin amestecul de mangal cu minereu poate circula aerul.

Intre granulatia si greutatea hectolitrica trebuie sa existe o corelatie, de care trebuie sa se tina cont in procesul de fabricare al mangalului. Corespunzator siderurgiei, greutatea unui hectolitru de mangal cu o granulatie normala este de 21 kg, la o umiditate medie de 6%. Prin cresterea greutatii hectolitrice datorita uniditatii mangalului, calitatea acestuia pentru siderurgie nu scade daca aceasta crestere de umiditate nu usureaza sfaramarea bucatilor de mangal.

2.2.1.3.Higroscopicitatea mangalului.

Higroscopicitatea reprezinta capacitatea mangalului de a absorbi din aer vapori de apa sau alte lichide. Mangalul poate sa absoarba in doar cateva ore 4-16% umiditate in functie de specia din care provine. Higroscopicitatea depinde de temperatura la care s-a obtinut mangalul, astfel ca daca temperatura a fost mare mangalul se diferentiaza de starea si compozitia chimica a lemnului din care provine, iar puterea sa de absorbtie scade.

Higroscopicitatea mangalului in primele 24 de ore in functie de specii.

Tabelul 3

Deoarece mangalul absoarbe gaze lichide este folosit ca dezinfectant si decolorant al lichidelor de natura organica, nemodificand compozitia chimica a acestora. Absorbtia gazelor este mai puternica la mangalul proaspat obtinut si cad gazele sunt solubile in apa. Un metru cub de mangal poae absorbi in conditiile unei temperaturi de 0°C si presiune normala 1,75 m³ hidrogen, 7,05m³ azot, 9,42m³ oxid de carbon, 35 m³ CO₂, 65 m³ H₂SO₄, 85 m³ HCl sau 90 m³ NH₃.

2.2.1.4.Umiditatea mangalului.

Mangalul scos din bocsa absoarbe din atmosfera 5-8% umiditate. La aceasta se mai poate adauga faptul ca mangalul se produce de obicei in padure, in apropierea unei ape, unde umiditatea atmosferica este mare, precum si ca dupa ce a fost scos din bocsa trebuie sa se raceasca minim 24 de ore, umiditatea lui creste la 10-12%. Absorbtia umiditatii este dependenta de temperatura la care s-a desfasurat procesul de mangalizare, astfel ca puterea calorica creste cu temperatura iar absorbtia scade. O data cu scaderea cantitatii de apa absorbita, densitatea mangalului creste.

Variatia absorbtiei in raport cu temperatura.

Tabelul 4.

In laborator pentru determinarea umiditatii se determina urmatorii parametrii: umiditatea de imbibaite, umiditatea higroscopica si umiditatea totala.

Umiditatea de imbibatie: constituie cantitatea de apa pierduta de mangalul de bocsa din proba initiala, pana la masa constanta, prin uscare in aer liber. Principiul metodei consta in uscarea mangalului de bocsa pana la masa constanta la temperatura camerei. Proba initiala se trece pe tavi realizand o incadrare specifica de 1g/cm² pentru a se produce o uscare omogena. In vederea uscarii tavile se aseaza pe stelaje, la temperatura camerei, dupa care la anumite intervale de timp se cantaresc pana se ajunge la masa constanta. Pentru micsorarea duratei de uscare, tavile cu mangal de bocsa se pot incalzi la temperatura de 50-70°C, iar inainte de cantarire tavile se racesc in aer liber. Masa mangalului se considera constanta atunci cand intre doua cantariri succesive, diferenta este mai mica de 0,1% din masa initiala a probei.

Rezultatele se exprima cu relatia urmatoare:

m₁ - masa tavilor cu proba inainte de uscare, in g;

m₂ - masa tavilor cu proba dupa uscare, in g;

m_i - masa probei luate pentru determinare, in g;

daca uscarea cu proba initiala a avut la deschidere peretii umezi, relatia devine:

m₃ - masa apei aderente la peretii cutiei, in g.

Umiditatea higroscopica a mangalului este cantitatea de apa pe care mangalul de bocsa din proba initiala continua sa o contina dupa indepartarea umiditatii de imbibatie. Mangalul se macina si se trece apoi prin sita cu tesatura din sarma cu latimea ochiurilor de 0,71 mm, dupa care se constituie proba de determinare a umiditatii higroscopice si proba pentru analiza. Se iau 1-2g mangal, fin maruntit, se introduc intr-o fiola de sticla, cu o incarcare de circa 0,15 g /cm², apoi se usuca in etuva la temperatura de 105°C, in mai multe reprize de 60 si de 30 de minute. Proba se cantareste pana cand diferenta intre doua cantariri succesive este mai mica de 0,1% din masa initiala.

Exprimarea rezultatelor:

m₄ = masa fiolei cu proba de lucru, in g;

m₅ = masa fiolei cu proba dupa uscare, in g;

m_h = masa probei pentru determinare, in g;

Umiditatea higroscopica rezulta ca medie aritmetica a doua determinari si este valabila 7 zile de la efectuarea masuratorilor.

Umiditatea totala a mangalului de bocsa rezulta prin insumarea umiditatii de imbibatie si a umiditatii higroscopice, conform relatiei:

W_tⁱ = W_iⁱ + W_hⁱ , [%];

Umiditatea totala este diferita in functie de calitatea mangalului de bocsa.

Proprietati fizice si chimice ale mangalului de bocsa

Tabelul 5.

Umiditatea mangalului de bocsa difera in functie de anotimp, starea vremii, pastrare, transport. In conditii normale de pastrare si transport umiditatea se poate mentine intre limitele de 8-10%.

2.2.1.5.Temperatura de aprindere.

Temperatura de aprindere a mangalului de bocsa depinde de temperatura la care acesta s-a obtinut si de specia lemnoasa din care a fost produs.

Temperatura de carbonizare si de aprindere a mangalului.

Tabelul 6.

Mangalul obtinut din lemn de esenta moale si din lemn de rasinoase se aprinde la temperaturi mai mici si arde repede si complet.

In cazul in care in masa mangalului se inmagazineaza caldura, prin oxidarea lenta ce se produce in urma absorbtiei oxigenului din aer, acesta se poate autoaprinde.

2.2.1.6.Puterea calorica.

Puterea calorica reprezinta cantitatea de caldura ce se dezvolta prin arderea completa a unui kilogram de mangal si se masoara in calorii (cal). Puterea calorica a mangalului depinde de compozitia sa, respectiv de cantitatea de carbon, hidrogen si de substantele volatile continute, precum si de umiditate si continutul de cenusa, in raport cu temperatura de carbonizare. Daca prin ardere s-a dezvlotat intreaga cantitate de caldura, deci si cea consumata prin evaporarea apei din mangal, puterea calorica are o valoare superioara, iar daca gazele antreneaza vaporii de apa, cantitatea de caldura utila pe care o da mangalul este calorica inferioara.

Puterea calorica(inferioara) a mangalului in functie de umiditate.

Tabelul 7.

Puterea calorica a mangalului scade o data cu cresterea umiditatii. Putera calorica maxima a mangalului este de 8080 kcal/kg( la lemn de fag uscat 4000 kcal/kg) si se obtine numai atunci cand arderea s-a facut complet, adica mangalul s-a transformat in intregime in CO₂, aceasta realizandu-se cu surplus de oxigen. Atunci cand arderea este bine condusa continutul de oxid de carbon al gazelor este mic, iar caldura dezvoltata de mangaleste mare. Pentru o ardere cat mai completa a mangalului, acesta trebuie sa indeplineasca anumite caracteristici dimensionale care permit circulatia aerului, altfel temperatura scade producand solidificarea fontei in furnal.

In figura urmatoare se prezinta puterea calorica si caldura dezvoltata de mangal produs dintr-un kg de lemn, la diferite temperaturi:

Din grafic rezulta ca mangalul produs la temperaturi mai joase este de calitate inferioara, datorita continutului de substante volatile nedegajate, care in timpul arderii produc fum si de pot trage concluzii asupra carbonizarii lemnului in retorta si bocsa.

Carbonizarea lemnului la diferite temperaturi.

Tabelul 8.

Puterea calorica a mangalului se determina conform standardelor in vigoare cu ajutorul relatiei:

P - puterea calorica a mangalului cu 2,5 cenusa in kcal/kg

U - umiditatea mangalului in procente.

Pentru mangalul folosit in siderurgie, limita maxima a umiditatii este de 25%, deoarece puterea calorica a mangalului este redusa (5756 kcal/kg). Puterea calorica a mangalului se poate determina si cu ajutorul sistemului calorimetric Berthelot-Mahler. Principiul de determinare consta in arderea mangalului la volum constant intr-o bomba calorimetrica adiabatica (fara schimb energetic cu mediul exterior) si izoterma sau statica.

2.2.1.7.Caldura radiata de mangal.

Cantitatea de caldura radiata la arderea mangalului depinde de specia din carea a fost obtinut, de temperatura la care are loc arderea, precum si de starea materialului care se incalzeste. Din toata caldura produsa, cea mai mare parte se transmite prin radiere. Raportul dintre caldura radiata si caldura totala produsa este de 1/1,78 = 0.56. marimea acestui raport conteaza foarte mult la cuptoarele industriale datorita vitezei de incalzire.

Caldura radiata de lemn este pe jumatate comparativ cu cea produsa de mangal de aceea nu trebuie ars mangal in sobe cu tiraj mare, fiindca duce la o deteriorare rapida.

2.2.1.8.Compozitita chimica a mangalului.

In compozitita lemnului, indiferent de specie, continutul de carbon este asemanator, deci putem concluziona ca in final continutul de carbon nu este conditionat de specie. Prin procesul de mangalizare nu rezulta acelasi continut de carbon deoarece este influentat de temperatura si rapiditatea carbonizarii.

Compozitia mangalului produs la temperaturi diferite.

Tabelul 9.

Din tabel reiese ca puterea calorica creste o data cu temperatura de carbonizare. Continutul de hidrogen, oxigen si azot scade, in schimb cel de cenusa creste de la 0.08 la temperatura de 150°C pana la 1.42% la temperatura de 500°C. Continutul in aceste gaze depinde de temperatura la care -sa obtiut mangalul, astfel la 150°C acestea au o greutate egala cu a mangalului, la 300°C au greutate de o treime din cea a mangalului, iar la 400°C au doar a douazecea parte din greutatea mangalului.

Compozitia mangalului de retorta este diferita de cea a mangalului de bocsa fiindca gudronul nu se mai degaja din lemn.

Compozitia mangalului de retorta si randamentul.

Tabelul 10.

Timpul de carbonizare influenteaza continutul de carbon, astfel ca pierderea de carbon este mai mica cu cat timpul de ardere este mai mare. Aceasta pierdere se explica prin cresterea brusca a temperaturii ce duce la disocierea vaporilor de apa si a acidului carbonic si in contact cu carbonul dand nastere la oxizi de carbon si hidrocarburi volatile. Acest fenomen paote fi evitat daca temperatura creste uniform. Pierderea de carbon variaza deci cu durata procesului de mangalizare.

Cotinutul de carbon la diferite viteze de carbonizare.

Tabelul 11.

In compozitia mangalului nu trebuie sa apara fosforul si sulful fiindca influenteaza negativ calitatea fontei. Din acest punct de vedere mangalul de bocsa este net superior fata de carbunii fosili, avand cantitati foarte reduse de sulf.

2.2.1.9.Reguli pentru verificarea calitatii mangalului.

In schema din figura se prezinta felul probelor de verificare si respectiv determinarile care se efectueaza in cazul mangalului de bocsa pentru proprietatile fizico-chimice ale acestuia.

Verificarea calitatii produsului se face pe loturi de livrare. Probele elementare se constituie in timpul incarcarii din mijloacele de transport la intervale de timp uniform repartizate. Volumul probelor trebuie sa fie de minim 0.1 m³ la calitatile I si II si de minim 0.05 m³ la calitatea III.

Proba reprezentativa are marimea de 1 m³ si este formata intr-o lada cu acelasi volum, confectionata din lemn si captusita cu tabla.

Verificarea calitatii consta in efectuarea de determinari la locul de livrare a mangalului, precum si a unor determinari de laborator astfel:

In laborator se determina umiditatea, cenusa, materiile volatile, cocsul, carbunele fix, puterea calorica;

La locul de livrare se determina densitatea in gramada (vrac), granulatia si rezistenta la sfaramare.

Schema generala privind verificarea mangalului de bocsa.

Felul probelor de verificare. Felul determinarilor.

A. Determinari la locul de livrare

Probe elementare.  1. Densitate in gramada.

(vrac)

Volum = 1m³

(Vol.=0.5m³ 2.Granulatie

3. Rezistenta la sfaramare.

B. Determinari la laborator.

Proba martor la

producator proba initiala.

4.Umiditatea de imbibatie.

(d=2mm, (d=2mm,

m=2.5kg) m=2,5kg)

5.Umiditatea higroscopica.

(d=0.71mm,m=2.5kg)

Proba pentru analiza.

(d=0.2mm, 6.Umiditate

m=2.5kg)

7.Cenusa.

8.Materii volatile.

9.Cocs

10.Carbune fix.

11.Putere calorica.

In STAS 1372 - 90 se prezinta o serie de detalii privitoare la culoarea, omogenizarea si reducerea probelor pentru mangalul de bocsa.

2.2.2. Proprietatile mecanice si alte insusiri.

2.2.2.1.Rezistenta mangalului la sfaramare.

Rezistenta mangalului la comprimare exercitata perpendicular pe fibrele lemnului este mult mai mica decat cea exercitata paralel cu fibrele lemnului. Din aceasta cauza este dificil sa se determie o rezistenta medie a mangalului. Se considera ca rezistenta la sfaramare, in procente minime este de 70 la mangal calitatea I si 65 la calitatea II. Pe durata manevrarii la incarcare-descarcare si transport mangalul este supus unor presiuni care comprima bucatile la diferite grade de sfaramare. Din aceste motive s-a introdus coeficientul de sfaramare al mangalului, numit si indice de tambur sau indice de toba.

Principiul metodei de determinare a rezistentei la sfaramare consta in sfaramarea granulelor unei probe de mangal de bocsa in anumit4e conditii bine stabilite, evaluandu-se in final cantitatea fractiei si calculul proportiei fractiei in raport cu masa probei luata in lucru. Se folosesc o toba cilindrica din bare de otel, cu dimensiuni standardizate, o bascula zecimala pentru sarcina maxima de 500 kg cu precizia de 0.5kg, o sita cu tesatura de sarma cu latura ochiurilor de 12mm si o rama de lemn de 500x500 mm pentru montarea sitei. Se ia proba de lucru ce are un volum de 0,5 m³ si se cantareste, dupa care se introduce in toba. Toba se roteste in jurul axei sale cu 15 rot/min, timp de 10 minute, granulele iesite din toba se cern pe sita cu l=12mm, dupa care se cantaresc granulele ramase in toba precum si cele ramase pe sita. Dupa cantarirea acestora, rezistenta la sfaramare se determina cu ajutorul relatiei urmatoare:

M_t= masa mangalului ramas in toba cilindrica, kg

M_s= masa mangalului retinut la cernere pe sita cu latura ochiurilor de 12 mm,kg.

M_s2= masa subprobei a doua, kg

Daca se tine cont de conditiile de obtinere si manevrare de la santierul de producere si transportul pe drumurile forestiere, se constata ca mangalul este supus sfaramarii intr-un procent mai mare dacat cel din toba.

2.2.2.2.Duritatea, sonoritatea si culoarea mangalului.

In privinta duritatii mangalului,in bucati este casant si sfaramicios, iar sub forma de pulbere marunta zgarie alama si bronzul. Duritatea si sonoritatea mangalului depind de temperatura de obtinere a acestuia, astfel ca daca temperatura a fost mare, duritatea si sonoritatea sunt mai mari, iar culoarea este mai inchisa. Daca temperatura a fost sub 270°C mangalul arde cu flacara si fum, deoarece lemnul nu a fost bine carbonizat si mai contine gaze volatile. Atunci cand temperatura de carbonizare a fost situata intre 270-300°C mangalul obtinut este negru-brun, destul de tare, putin sonor, poate si pulverizabil si lasa urme pe hartie.

Mangalul obtinut la peste 350°C are o sonoritate si porozitate mare, este mai putin sfaramicios, iar culoare este neagra.

Porozitatea reprezinta totalitatea golurilor din volumul mangalului si este o caracteristica de care se tine cont in diverse utilizari industriale, ce se determina cu urmatoarea relatie:

P = porozotatea mangalului, in procente;

V₁= volumul porilor din mangal, in m³

V= volumul mangalului in m³

2.3.Standardizarea mangalului.

Conform standardelor in vigoare se deosebesc doua tipuri de mangal:

mangal de bocsa si mangal de retorta. In cazul mangalului de bocsa (STAS 1532-71) se disting trei calitati: calitatea I, calitatea II si calitatea III. Mangalul de bocsa de calitate I si II este destinat industriei siderurgice si chimie si se obtine doar din lemn de foioase tari.

Mangalul de retorta conform STAS 1201-74 se produce in urmatoarele calitati: calitatea I,II,III si IV.

2.4. Caracteristicile mangalului.

2.4.1.Caracteristicile mangalului de bocsa

(STAS 1532-71)

Caracteristicile tehnice ale mangalului de bocsa.

Tabelul 12.

2.4.1.Caracteristicile mangalului de retorta.

(STAS 1201-74)

Caracteristicile tehnice ale mangalului de retorta.

Tabelul 13

Mangalul de bocsa si mangalul de retorta se clasifica in patru tipuri, in functie de speciile din care au fost obtinute:

Tip a: mangal pentru furnale, din pin.

Tip b: mangal pentru furnale din rasinoase in afara de pin.

Tip c: mangal pentru furnale, din foioase tari.

Tip d: mangal pentru furnale, din foioase moi.

2.4.3.Caracteristicile tehnice ale mangalului siderurgic. Insusirile tehnice ale mangalului.

Tabel 13

Cap 3. RESURSE DE LEMN PENTRU OBTINEREA MANGALULUI.

3.1.Materia prima pentru mangalizare.

In cadrul fizico-geografic al tarii noastre materia prima pentru distilare uscata si mangalizare este constituita din lemnul speciilor de rasinoase si foioase. In functie de structura fizica si compozitia chimica a lemnului se alege grupa de specii in cooncordanta cu conditiile calitative ce trebuie indeplinite de mangal sau distilatul respectiv. S-a observat ca lemnul de foioase tari (carpen, fag) da un distilat mai bogat in alcool metilic si acid acetic, iar lemnul de rasinoase (molid, pin) da o cantitate mai mare de gudron si terebentina. Consumul tehnologic specific pentru obtinerea mangalului de bocsa variaza in klimite reduse pentru rasinoase si foioase prelucrate in aceleasi conditii, iar calitatea difera cu specia numai prin insusiri fizice.

Consumul tehnic specific pentru mangalul de bocsa.

Tabel 1

Materia prima poate proveni dintr-un parchet de exploatare, din resturi de exploatare sau din deseuri de la prelucrarea mecanica a lemnului. Se recomanda ca lemnul sa provina din arbori doborati in repausul vegetativ, deoarece continutul in apa este mai redus cu 8-10% decat in perioada de vegetatie. Lemnul trebuie sa aiba anumite dimensiuni pentru a usura patrunderea caldurii si degajarea produselor de descompunere, pentru a se asigura rezistenta mecanica necesara mangalului rezultat.

Umiditatea lemnului destinat mangalizarii in bocse este un factor foarte important pentru ca influenteaza randamentul mangalizarii si calitatea mangalului. Din lemn verde rezulta mangal cu o granulatie mai mica datorita sfaramarii accentuate ca urmare a uscarii rapide a lemnului in bocse. Pentru tehnologia curenta de producere a mangalului, lemnul trebuie sa fie uscat la aerliber, adica sa aiba o umiditate de 15-20%, ceea ce se realizeaza in conditiile climatului tarii noastre in minim patru luni.

Scaderea continutului de apa a diferitelor parti ale arborelui in timpul uscarii la aer:

Tabel 2

In aceasta perioada de depozitare pentru uscare se produce si micsorarea masei sterului in functie de sezon. Masa sterului este influentata de specia lemnoasa din care provine lemnul, de sortimentul fasonat, de umiditatea lemnului si de timpul scurs de la doborarea arborilor.

Rezulta necesitatea ca sa se asigure lemnului de fag pentru mangalizare o uscare suficienta, ceea ce echivaleaza cu conditia de greutate 440-500 kg/mst in momentul introducerii in bocse.

Descresterea masei sterului in cazul lemnului supus depozitarii.

Tabel 3

Pentru realizare uscarii lemnului la aer acesta se aseaza in stive cu spatii intre ele pentru a realiza circulatia aerului.

Resturile de exploatare si deseurile de la prelucrare necesita o sortare pe specii si categorii dimensionale.

3.2.Lemnul obtinut din deseurile de la exploatarea si prelucrarea lemnului.

Resturile din exploatarile forestiere folosite pentru mangalizare sunt constituite din:

Cracile arborilor de specii de foioase tari si foioase moi;

Coaja lemnului de lucru provenita de la arbori de foioase sau rasinoase. Pentru mangalizarea cojii se folosesc retorte metalice de 4,9m³ deoarece se pot colecta apele pirolignoase cu continut de acid acetic, metanol, acetona si gudroane.

Buturi, capete, rupturi ce au dimensiuni mai mice decat ale lemnului de steri si craci;

Rumegus si aschi folosite pentru mangalizare in retorte metalice sau instalatii specifice cu recuperarea apelor pirolignoase.

Lemnul resturilor de exploatare nu trebuie sa contina putregai.

Deseurile de la prelucrarea mecanica a lemnului utilizate in procesul de mangalizare sunt:

Capetele rezultate de la retezarea bustenilor, cu lungimi de maxim 30-40 cm si forme neregulate, tesite sau aschiate,etc;

Prisme si rulouri de la derularea lemnului;

Margini de la tivirea cherestelei cu lungimi diferite si forme neregulate;

Fasii si bucati de furnir;

Capete de cherestea de la retezare, de lungimi mici si latimi diferite;

Rumegus rezultat prin debitarea lemnului in gatere sau cu ferastraie cu panglica;

Tocatura tananta ramasa de la extragerea taninului din stejar;

Coaja si aschii rezultate de la cojirea lemnului.

3.3.Sortimente de lemn pentru mangalizare si combustibil.

Conform STAS 2340-80 lemnul pentru mangalizare si combustibil cuprinde urmatoarele categorii:

lemn de steri de foioase tari ce poate include maxim 10% lemn foioase moi sau rasinoase,

lemn de steri de foioase moi sau de rasinoase;

buturi greu despicabili;

craci legate in snopi;

craci in gramezi.

Lemnul de foioase tari este destinat in principal porducerii mangalului utilizat in siderurgie, iar cel de foioase moi si rasinoase pentru mangal cu alte destinatii.

Dimensiunile lemnului de steri si creci pentru mangalizare sunt date in functie de categoria de lemn, lungimea pieselor si grosimea cu coaja.

Lemnul se fasoneaza din arbori doborati tot timpul anului, iar lemnul fasonat in steri trebuie sa fie curatat de craci.

Din punct de vedere calitativ la lemnul pentru mangalizare se admit orice defecte de forma si structura, mai putin putregaiul.

Dimensiunile lemnului pentru mangalizare si combustibil;

Tabel 4

Livrarea lemnului se paote face in stare necojita sau cojita(partial sau total), pe baza de masa. Masa se limiteaza in cazul lemnului de steri, care in conditiile unui factor de cubaj, F_c=0,62, nu va depasi 500kg/mst in cazul speciilor de foioase tari, in amestec cu foioase moi sau rasinoase(10%) 485kg/mst si in cazul lemnului de rasinoase 350kg/mst.

In cazul lemnului fasonat in steri se procedeaza la verificarea practica a factorului de cubaj. Se traseaza o diagonala ce va trebui sa intersecteze planul frontal al cel putin 60 de piese, pe fata frontala a unei stive de proba cu lungimea de minim 8 m si latimea egala cu a stivei. In lungul diagonalei se masoara lungimile de intersectare frontala ale acesteia cu fiecare piesa, apoi se face raportul dintre lungimile masurate si lungimea diagonalei, obtinandu-se factorul de cubaj. Daca factorul de cubaj real are o valoare diferita de cea a factorului de cubaj de baza (F_c=0.62), numarul sterilor se corecteaza cu relatia:

N_r = numarul real de steri, cu masa de valoare normala;

N = numarul de steri supusi determinarii de verificare;

F_cr = factorul de cubaj real;

F_c = factorul de cubaj de baza;

Masa sterului rezulta din raportul urmator:

M_s = masa sterului;

M_r = masa determinata la cantarire.

Buturii greu despicabili nu se stivuiesc, ei putand fi livrati pe baza de volum.

Cracile de aseaza in gramezi cu latime de 2m si inaltimea de 1,5m, fiind de lungime naturala.

Snopii de craci au diametre de 25-30 cm si se stivuiesc similar lemnului de steri.

3.4.Sortimente de lemn pentru distilare uscata.

Lemnul pentru sidtilare uscata se clasifica in doua clase de calitate: calitatea I este superioara celei de-a II-a si se foloseste pentru obtinerea mangalului pentru sinteze chimice si masti de gaze.

Speciile lemnoase folosite la distilare uscata sunt: fagul, carpenul si alte specii de foioase tari in proportie de maxim 10%.

Dimensiunile lemnului pentru distilare uscata:

Tabel 5

In cazul sortimentelor pentru distilare se admite amestec de lemn rotund si despicat de maxim 20% penrtu calitatea I si maxim 40% pentru calitatea II.

Conform STAS 2209-71 masa sterului este de maxim 525 kg, iar pentru a ajunge in stare uscata trebuie sa aiba o vechime de cel putin trei luni de la fasonare. Lemnul de calitate I se fasoneaza din arbori doborati in perioada de repaus vegetativ, iar cel de calitatea a II-a in tot cursul anului. Se poate folosi si lemn destinat altor utilizari, dar trebuie resortat. In padure lemnul se depoziteaza sub forma de steri iar in depozitele finale sub forma de stive, cu sparii intre ele. Livrarea se face sub forma de metri steri.

3.5. Conditionarea lemnului pentru mangal.

Prin resortarea lemnului de foc fasonat in steri sau dublisteri rezulta lemnul pentru mangal de bocsa, totodata asigurandu-se si valorificarea lemnului de calitate inferioara. Resortarea lemnului se poate executa in anumite locuri din cuprinsul santierelor de exploatare( in apropierea punctelor de legatura a mijloacelor de colectare cu cele de transport, in platformele primare) si in centre de sortare si prelucrare a lemnului (CSPL). In cazul resortarilor se urmareste si inlaturarea pieselor cu putregai.

Stivuirea lemnului destinat mangalizarii se face in padure sau in depozite.

La stivuirea in padure:

lemnul se fasoneaza in lungime de 1m si se stivuieste sub forma de steri (1x1x1 m), cu o suprainaltare de 10cm;

piesele scurte se potrivesc cap la cap pentru indeplinirea conditiei de lungime (1m);

sterii se dispun cu continuitate in stiva;

cracile se aseaza sub forma de gramezi, cu capetele groase dispuse in acelasi plan vertical, rezultand un dreptunghi plan, cu latimea de 2m si lungimea naturala a craciulor, iar inaltimea este de 25-30cm.

buturii nu se stivuiesc;

snopii de craci se fac cu diametre de 25-30cm;

La stivuirea in depozite:

lemnul de steri se cladeste pe talpi, sub forma de stive de 14m latime, cu distanta intre stive de 80cm;

cracile in snopi se stivuiesc la fel ca lemnul fasonat in steri, cu aceleasi conditii dimensionale ale stivei si spatiului. Stivuirea trebuie sa fie cat mai compacta pentru un factor de cubaj mai mare de 0.28;

buturii greu despicabili nu se stiviuesc.

Cap.4.PROCEDEUL DE MANGALIZARE A LEMNULUI IN BOCSE.

4.1.Mecanismul combustiei lemnului in procesul de mangalizare.

Lemnul prezinta valoare de inflamare, care ii permite sa primeasca flacara de la un corp care arde sau sa se aprinda la o anumita temperatura. Mangalizarea in bocse este o ardere incompleta a lemnului, prin accesul dozat al aerului. Procesul de ardere incompleta a lemnului se desfasoara in doua faze. In prima faza are loc aprinderea si arderea lemnului la o temperatura de aproximativ 200°C, se produce deshidratarea lemnului si datorita cresterii temperaturii are loc degajarea de CO₂,CO si vapori de apa. Incepand de la temperatura de 150°C lemnul incepe sa se descompuna treptat in elementele componente (carbon, hidrogen, oxigen, azot). In faza a doua a arderii intensive, o data cu cresterea temperaturii peste 200°C descompunerea chimica a lemnului devine mai activa si incep sa apara unele produse chimice ( acid acetic brut, alcool metilic). La temperaturi de 250-350° C se formeaza hidrocarburi inflamabile si substante cu vascozitate mare(gudroane). Intre 330-430°C mangalul devine negru, dur, sonor, arde fara flacara si se aprinde mai greu.

In procesul de carbonizare o parte a continutului in carbon al lemnului se consuma pentru evaporarea apei din lemn, o alta parte se consuma din cauza temperaturilor prea mari din centrul bocselor (700-800°C), iar vetrele noi reclama un consum mai mare de carbon.

4.2. Procese tehnologice de descompunere termica a lemnului.

Descompunerea termica a lemnului se paote realiza prin mangalizare si prin distilare uscata.

In cazul mangalizarii se disting doua metode, una rudimentara prin arderea lemnului incompleta in gropi acoperite cu pamant si alta in bocse.