Розробка технології виготовлення скипидару та каніфолі

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розробка технології виготовлення

скипидару та каніфолі

Вступ

Все більше уваги приділяється використанню деревини для виробництва різноманітної хімічної продукції. Сировинна база для хімічної переробки деревини є практично невичерпна, Оскільки використовують всі існуючі в природі породи дерев, як хвойні так і листяні.

Технологічними процесами хімічної переробки деревини, а також кори, зеленої маси, пнів є: целюлозне і гідролізне виробництва, піроліз деревини, смолоскипидарне, каніфольно-терпентинне, каніфольно-екстракційне виробництва, виробництво дьогтю, деревинного і хвойного борошна, екстрактів дубильних речовин, ефірних олій та ін.

Виробництво каніфолі та скипидару з живиці було організоване в нашій країні в постреволюційний період. Основним видом живиці, що надходить на каніфольно-терпентинні заводи, є живиця сосни. Перший порівняно великий завод з виготовлення каніфолі і скипидару з живиці був побудований Савельєвим і братами Томелиними в 17 ст. Однак виробництво каніфолі і скипидару в Росії не могло задовольнити потреби в цих продуктах і велика кількість їх закуповувались за кордоном.

В 20-х рр. ХХст в Радянському Союзі було побудовано 15 підприємств з переробки живиці продуктивністю 2000-6000 т живиці за рік. Установки часто мали неналежний (непрофесійний) характер, при якому використовувалися вогняний або паровогняний способи відділення скипидару від каніфолі. При переробці живиці цими способами отримували низький вихід і якість каніфолі та скипидару, тому вони не знайшли широкого поширення.

На більших підприємствах використовували паровий спосіб переробки живиці. При цьому застосовувалися технологічні схеми іноземних фірм (французької фірми «Дюпон»). Накопичений досвід експлуатації перших заводів по переробці живиці дозволив незабаром розробити найбільш надійні і досконалі технологічні схеми переробки живиці, оснащені вітчизняним обладнанням.

1. ОПИС ПРОДУКЦІЇ

Однією з важливих екстрактивних речовин дерев хвойних порід є смоляна речовина, яка збирається при підсочуванні дерев сосни, кедра, ялини, модрини у вигляді сиплого смолистого бальзаму, який заживляє рану, закриває тканини деревини під проникнення мікроорганізмів і комах. Звідси і походить технічна назва бальзаму -- живиця.

Живиця в дереві міститься у системі поздовжніх і поперечних смоляних ходів. Перші утворюються в пізній частині річного шару. Другі зустрічаються тільки в серцевинних променях і подовжуються разом з наростанням шарів деревини і лубу. Наявність з'єднань поздовжніх і поперечних смоляних ходів деревини дозволяє при перерізанні поверхневих ходів отримувати живицю з достатньо віддалених по радіусу шарів заболоні, розташованих як нижче, так і вище місця поранення, що має практичне значення.

Добувають живицю шляхом підсочування. На практиці застосовують три способи підсочування:

Ш звичайний, при якому наносяться чисто механічні поранення - карропідновки;

Ш з хімічною дією, при якому використовуються хімічні реагенти (в основному сірчана кислота);

Ш з використанням біостимуляторів, найрозповсюдженішими з яких є витяжка з кормових дріжджів - сульфітно-спиртова барда (ССБ) і сульфітно - дріжджова бражка (СДБ).

Найбільш придатною для підсочування є сосна звичайна. З сосни добувають біля 99% всієї живиці. Маса живиці в дереві діаметром 32 см разом з корінням, стовбуром і гіллям складає біля 1,7 кг. Але дерево вказаних розмірів за один сезон в окремих випадках дає 2-2,5 кг живиці, а при підсочуванні впродовж декількох років може дати значно більше ніж міститься в системі смоляних ходів.

Крім живиці збирають так званий баррас (живиця ІІІ сорту), який залишається на каррах після завершення сезону підсочування або при заготівлі стовбурного осмолу. Баррас - це затверділа внаслідок вивітрювання легколетких речовин і кристалізації смоляних кислот живиця. В складі баррасу масова доля сміття досягає 10-15%, вологи - до 25%, а скипидару зменшується до 7-10%. Переважно баррас на заводах переробляють разом з живицею, додаючи до неї 5-10% баррасу, що не зумовлює пониження якості каніфолі.

При існуючому способі переробки живиці загальний коефіцієнт витяжки смолистих речовин, що містяться в живиці, становить 98%, тобто втрати при виробництві складають не більше 2%.

При цьому втрати каніфолі не перевищують 1%, а скипидару 6% від їх початкової маси в живиці.

Каніфоль - це склоподібна аморфна маса, з характерним раковистим запахом і скляним блиском, що складається в основному зі смоляних кислот. Соснова каніфоль виготовляється чотирьох марок: А, Б, В і К.

Вона добре розчиняється на холоді в метиловому й етиловому спиртах, ефірі, хлороформі, ацетоні, сірковуглеці, чотирихлористому вуглеці, оцтовій кислоті, бензолі, толуолі, ксилолі, ефірних і жирних маслах і частково в бензинових і гасових відгонах нафти. У холодній воді каніфоль практично не розчинна, а в гарячій частково емульгується.

При зберіганні на повітрі каніфоль поглинає кисень. Чим більше подрібнена каніфоль, тим більше вона поглинає кисню. Каніфоль широко застосовують у харчовій промисловості для виготовлення пляшкової смолки й емалювання бочок; у поліграфічній - для виготовлення типографських фарб і чорнила,а також для виготовлення художніх фарб,кольорових олівців і т. ін.; у металургійній і радіотехнічній - при паянні, луджеггі і точному литті з кольорових металів; у фармацевтичній-при виготовленні хірургічних пластирів і спеціальних мил ; у будівельній - для виготовлення штучної оліфи;в оборонній промисловості й ін.

Каніфоль застосовують також у виробництві пластичних мас,шкірозамінників,креоліну,консистентних і емульсійних мастил і ін.

Скипидар - це багатокомпонентна суміш терпенових вуглеводнів. За видами він поділяється на живичний (терпентинне масло), екстракційний, який отримують шляхом екстракції смолистих речовин з осмолу органічними розчинниками,сульфатний,який є побічним продуктом сульфатно - целюлозного виробництва, і сухоперегнаний,який отримують при піролізі осмолу.

Живичний скипідар є натуральним ефірним маслом- багатокомпонентною сумішшю терпенових вуглеводів. За ГОСТ 1571-82Е виготовляється двох марок А і Б.

Рівень вимог до якості вітчизняного каніфолі і скипидару близький за рівнем вимог до кращих іноземних аналогів. Однак, якість виготовлення вітчизняної продукції не завжди відповідає найжорсткішим нормам (наприклад, невелика частка каніфолі, що відповідає кращим еталонам за інтенсивністю забарвлення).

Особлива цінність скипидару полягає в тому, що він є єдиним великим джерелом терпенів, що широко використовуються в хімічній промисловості для синтезу різноманітних речовин.

2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ПЕРЕРОБКИ ЖИВИЦІ

Основною сировиною для каніфольно-терпентинного виробництва є соснова живиця. Однак переробляти можна і кедрову, ялинову та модринову живицю.

Свіжий сосновий бальзам, який тільки витік з смоляних ходів містить до 35% терпентинного масла і на вигляд - світла прозора рідина. Під дією світла і повітря рідкий прозорий сосновий бальзам втрачає частину терпентинного масла (скипидару). Внаслідок цього, а також і через кристалізацію смоляних кислот бальзам густіє, стає мутним, непрозорим і в'язким, за зовнішнім виглядом схожим на зацукрований мед. Такий бальзам називають живицею, яка завжди містить домішки: сміття і воду. При подальших втратах скипидару живиця засихає і називається баррасом.

Технологічний процес переробки живиці на каніфоль і скипидар (рис.1) складається з наступних основних операцій: 1) первинної обробки сировини; 2) плавлення живиці; 3) очищення її від сміття і води; 4) висвітлення живиці; 5) відгону скипидару; 6) уварювання каніфолі, а також сушіння скипидару та розлив каніфолі.

Рис.1. Схема технологічного процесу переробки живиці:

1 - збірник живиці; 2 - плавильник; 3, 8,16, 20 - насоси; 4 - друк-фільтри: 5 і 7 - буферні баки; 6- безперервно діючий відстійник; 9 - теплообмінник; 10 - підігрівники: 11 - каніфолеварильна колона; 12 - сепаратор; 13 і 17 - конденсатори-холодильники; 14 і 18 - флорентини; 15 - збірник товарного скипидару; 19 - збірник оборотного скипидару; 21 - приймач каніфолі; 22 - барабан для охолодження і розливу каніфолі

2.1 Первинна обробка живиці

Ще донедавна для транспортування і зберігання живиці використовували в основному дерев'яні бочки місткістю 200-250 л. Значний вміст скипидару надає живиці властивості добре просочуватися в деревину і витікати з бочок через незначні нещільності. Втрати живиці при пакуванні в дерев'яні бочки і зберіганні в них на заводах досягали 5%, Для усунення цих втрат дерев'яну тару замінили металевими бочками з верхнім знімним днищем. Для зберігання живиці на заводах в силу сезонності її добування застосовують вертикальні металеві резервуари об'ємом до 750 м³ і більше. Вони оснащені барботерами для розігрівання живиці гострою парою перед подаванням її в плавильники. Для кращої організації робіт при безтарному зберіганні живиці доцільно мати цех для первинної обробки сировини, який повинен мати наступне основне обладнання: монжуси з паровою сорочкою і мішалкою об'ємом по 10 м³; електротельфери вантажопідйомністю 1 т з кран-балкою для переміщення бочок; пристрій для миття бочок; пристрій для механізованого відбору проб живиці; конвеєр з камерою для підігріву бочок при розвантаженні в зимових умовах.

На розвантажувальну площадку до решітки приямка бочки подають автонавантажувачем або тельфером. Живицю вивантажують з бочок в бункер бетонного насоса, яким перекачують її трубопроводом діаметром 200 мм в цех на переробку або в сховища. Живиця з сховищ самопливом поступає в монжус, в якому її розбавляють скипидаром і розмішують до однорідного стану. Після цього живицю трубопроводом діаметром 150 мм перетискають за допомогою стисненого повітря в цех на переробку. На трубопроводі встановлюється фільтр з отворами сітки 65x65 мм для вловлювання великих предметів (пробки, палки і ін.), які випадково потрапили в живицю. Трубопроводи для транспортування живиці оснащують паровими сорочками.

Якість продукції, яку отримують з живиці після довготривалого зберігання не знижується. Для повного вивантаження живиці резервуари повинні мати конусне днище з кутом вершини не більше 125°. Для швидкого заповнення монжусів живицею необхідно створювати в них вакуум.

Бочки, які звільнили від живиці поступають на миття для очищення від налиплої на стінки живиці. Застосовують гідравлічний спосіб, при якому живиця зчищається з стінок струменем холодної солоної води, під тиском 0,2-0,3 МПа. Отримані стоки направляють у відстійники для вловлювання живиці. Присутність NаCl у воді прискорює і покращує процес відстоювання.

2.2 Плавлення живиці

Під терміном плавлення живиці розуміють нагрівання її до 90-95 °С і розчинення кристалів смоляних кислот в скипидарі. Живиця стає текучою, добре фільтрується і перекачується трубами за допомогою насосів. Плавлять живицю гострою парою в плавильниках періодичної дії футерованих кислототривким цементом або виготовлених з кислототривкої сталі з хибним днищем металевою сіткою, яка затримує велике сміття, барботером і боковим люком для вивантаження сміття.

У плавильник завантажують живицю, скипидар (з таким розрахунком, щоб загальна його кількість у суміші була близько 30%), кухонну сіль (щоб у результаті процесу плавлення живиці одержати 10%-й водяний розчин солі) і невелику кількість водяної суперфосфатної витяжки або ортофосфорної кислоти. Вміст плавильника нагрівають парою до 90-95°С і переводять його в однорідну рідку масу, яку через нижній штуцер плавильника передавлюють у відстійник. Кухонну сіль застосовують для збільшення різниці питомих мас терпентину і води, однак це призводить до утворення накипу в каніфолеварильних апаратах, збільшення зольності каніфолі, забрудненню 11стічних вод тощо. Для вилучення кухонної солі з процесу плавлення вміст скипидару в живиці доводять до 40% замість 30% (безсольовий спосіб відстоювання терпентину). При цьому виходить достатня різниця питомих мас води і терпентину. До того ж знижується в'язкість останнього. У цьому випадку скорочується тривалість процесу плавлення живиці і підвищується коефіцієнт витягу смолистих речовин з сміття.

Після трьох-чотирьох операцій плавлення живиці плавильник чистять. Для цього сміття в плавильнику промивають скипидаром, залишки скипидару зі сміття відганяють гострою парою. Потім сміття з плавильника видаляють водою в колекторну трубу, з'єднану патрубком з кожним плавильником, і дальше під тиском за межі цеху. В плавильнику затримується 80% сміття, що міститься в живиці, а 20% захоплюється терпентином у відстійники.

Сміття, яке вивантажується з плавильника містить 24,9% каніфолі і 7,0% скипидару. В процесі плавлення разом з водяною тарою при знятті тиску і перетисканні живиці переходить в холодильник біля 2% скипидару. Питома витрата пари на плавлення складає близько 100 кг/т живиці. Вологість живиці з врахуванням конденсату при розігріванні її і води, яка вводиться з фосфорною кислотою, збільшується до 12-15%.

2.3 Відстоювання живиці

Відстоювання живиці, нагрітої до 90-95°, здійснюють у відстійниках періодичної або безперервної дії. При цьому важке сміття і вода у вигляді сольового розчину осідають вниз, а чистий терпентин (розчин живиці в скипидарі) відшаровується і знаходиться у верхньому шарі. Відстійники всередині цементовані кислототривким матеріалом, а зовні мають теплову ізоляцію. Відстоювання розчину живиці у відстійниках періодичної дії протікає порівняно швидко. Шар розчину висотою 1 м відстоюється від розчину солі за 4 год. У відстійнику безперервної дії, який являє собою посудину з конусоподібним дном, у верхню частину безперервно (іноді порціями) подають розплавлену живицю, а з нижньої частини безперервно відбирають відстій - сміття і водяний розчин солі. При робочому об'ємі відстійника 57 м³ продуктивність кого складає 180-200 т живиці за добу. Вміст води в терпентині після відстоювання 0,5-0,7%. Такі відстійники порівняно з відстійниками періодичної дії дозволяють збільшити виробничу потужність заводу, скоротити втрати живиці і зменшити затрати праці.

2.4 Висвітлення живиці

Колір каніфолі є одним з важливих показників її якості. Тим часом живиця темніє внаслідок застосування залізних для транспортування і зберігання її в залізних сховищах. Смоляні кислоти живиці з залізом утворюють темнозабарвлені солі. Продукти взаємодії заліза з танідами, які містяться в смітті живиці, теж мають темний колір. Для одержання світлої каніфолі живицю піддають висвітленню суперфосфатною водяною витяжкою або фосфорною кислотою.

Суперфосфатну витяжку готують методом кип'ятіння суперфосфату з водою (у співвідношенні 1:1). При вмісті в суперфосфатній водяній витяжці 5-7% вільної Н₃РО₄ її додають у кількості 30-40 л на 1 т живиці. При застосуванні чистої ортофосфорної кислоти її розбавляють водою до 5-7%-ної концентрації і добавляють до живиці при завантаженні в плавильник.

Витрата кислоти в середньому складає 2,5-5 кг на 1 т живиці. Фосфорна кислота утворить із залізом солі, що безбарвні і добре розчинні у воді. Вони видаляються з живиці разом з брудним відстоєм. Випуск каніфолі вищого сорту при очищенні живиці зазначеними способами досягає 90-95%.

2.5 Відгін скипидару з терпентину й уварювання каніфолі

Чистий терпентин з відстійника подають у каніфолеварильні апарати. Склад очищеної живиці, %: каніфолі біля 70, скипидару 30 (при безсольовому способі очищення живиці - скипидару до 40, каніфолі біля 60). Крім цього, в очищеній живиці міститься вода обсягом від 0,4 до 1,0%, залежно від ретельності очищення. Скипидар від каніфолі відганяють повністю, тому що залишки терпенів і терпенових спиртів в каніфолі знижують температуру його розм'якшення і надають липкості. Початкова температура кипіння скипидару 156°С. Наявність каніфолі значно підвищує температуру кипіння живиці. Так, якщо вміст каніфолі в живиці рівний 20%, то початкова температура кипіння її складає 161°С, при 50% каніфолі - 168°С, при 70% - 179°С, при 85% - 195°С і т.д. Залишки скипидару будуть відганятися при температурі 250-300°С, що призведе до потемніння каніфолі і зниження температури розм'якшення через утворення рідких каніфольних масел. Для зниження температури відгону скипидару від живиці можна застосовувати перегонку: 1) з водяною парою, 2) у вакуумі, 3) в струмені інертного газу (СО₂, N₂ і ін.). Промислового використання набув відгін скипидару від живиці з водяною парою.

Якщо нагрівати суміш двох або декількох взаємно нерозчинних рідин, то перегонка їх буде відбуватися при температурі нижчій, ніж температура кипіння низькокиплячого компонента суміші.

Відгін скипидару з живиці й уварювання каніфолі здійснюють у каніфо-леварильних колонах безперервної дії. Рідше застосовують каніфолеварильні куби періодичної та безперервної дії.

Каніфолеварильні куби виготовляють з листової міді товщиною 3-5 мм ємністю від 0,8 до 3 т живиці. Всередині куб має змійовики для глухої пари і барботер для гострої пари. У верхній частині куба розташовані каплевловлювальний пристрій і штуцер для відводу пари у холодильник.

Куб на ²/₃ висоти завантажують чистим терпентином. Після закінчення завантаження терпентин нагрівають глухою парою до 105-110°С. При цьому з нього випаровується вода. Потім за допомогою глухої і гострої пари відганяють скипидар. Відгін скипидару закінчують, коли зверху в конденсаті утвориться тільки тонкий шар скипидару. Наприкінці відгону температуру в кубі піднімають до 140-150°С. Каніфоль, яка залишилася в кубі, прогрівають глухою парою до 160-170°С і зливають з куба в збірник. Оборот куба залежить від його ємності і поверхні нагрівання змійовика. При ємності куба 1 м³ і поверхні нагрівання змійовика 7 м² оборот куба складає 40-60 хв.

Недоліками періодичного способу варіння каніфолі є непродуктивна витрата (близько 50%) часу на допоміжні операції, зайва витрата пари і неоднорідність якості різних партій продуктів.

Досконалішими апаратами для переробки живиці є безперервно діючі каніфолеварильні колони. Прикладом такої колони є каніфолеварильна колона інж. Михєєва, реконструйована інж. Поздняковим.

Колона являє собою мідну трубу діаметром 600-800 мм і висотою 6-8м, змонтовану з трьох окремих частин. У верхній частиш колони, під кришкою, встановлено кілька щитків, що запобігають попаданню бризок терпентину в холодильник. Колона має тарілки ковпачкового і частково сітчастого типу. У нижній її частиш встановлений барботер для введення гострої пари.

Живиця з відстійника насосом безперервно подається через підігрівник на верхню тарілку колони; заповнивши верхню тарілку, живиця переливними трубками стікає на наступну нижню тарілку і т.д. Таким чином, усі тарілки заповнюються до рівня переливних трубок. Гостра пара, яка поступає у колону через барботер, проходить через вирізи ковпачків тарілок і захоплює з собою скипидар, а каніфоль стікає в нижню частину колони, відкіля через гідравлічний засув вона безперервно витікає у вагонетку або в збірник. Продуктивність такої колони складає 40-70 т за добу. Витрата пари на переробку 1 т живиці не перевищує 0,15 т (проти 0,5т у періодично діючих кубах).

Однак, жорсткіший температурний режим (температура живиці в колоні постійно підтримується в межах 165-170°С) негативно відображається на якості терпентинового масла. Об'єм відгону знижується, а кислотне число зростає. Для усунення цих недоліків використовують дефлагматори, які розміщують в самій колоні або за її межами (між колоною і холодильником). Для невеликих каніфольно-терпентинних заводів може використовуватися безперервно діючий куб - колона для відгону скипидару від живиці і уварювання каніфолі. Такий куб представляє собою вертикальний циліндричний апарат (D = 1 м; Н = 2,5 м) з 4-5 секціями змійовиків глухої пари, розташованими в нижній частині апарата. Між змійовиками змонтовані сітчасті тарілки. Біля днища розташований барботер. Живиця після підігрівника безперервно подається в середню частину куба на розподільну тарілку. Відбір каніфолі здійснюється також безперервно з нижньої частини куба через гідравлічний засув, вивідний штуцер якого розміщений на висоті ²/₃ куба. Цим підтримується визначений рівень живиці в кубі. У верхній частині куба розміщені відбивна тарілка, пройшовши яку пари скипидару і води поступають у холодильник. Продуктивність куба-колони становить приблизно 2,2-2,7 т/год живиці.

Для відгону скипидару з живиці можна використовувати апарати, які складаються з пустотілої труби, що має парову сорочку, та сепаратора і працюють за методом пульверизації. Живиця, підігріта до температури 170-175°С під тиском 0,3-0,35 МПа розпилюється через форсунку в сепараторі. Гостра пара вводиться в колону через спеціальні насадки для створення паротерпентинової емульсії. В сепараторі через значне збільшення питомої поверхні живиці, випаровується до 70% скипидару, інша частина - в трубі. В нижній частині колони шляхом обігріву глухою парою підтримується температура 170°С. Тут з паротерпентинової емульсії відганяються залишки скипидару. Каніфоль підігрівається, підсушується і відводиться з колони через гідравлічний засув. Пари скипидару і води виходять з колони у співвідношенні 1:1. При загальній висоті колони біля 8 м і діаметрі 0,915 м продуктивність складає близько 4 т очищеної живиці (з 40%-ним вмістом скипидару) за годину. На 1 т перероблюваної живиці витрачається 0,5 т пари.

Якщо вести десорбцію скипидару з живиці у вакуумі, то температура кипіння її знижується. Так, при залишковому тиску 79,8 кПа, 39,9 і 13,3 кПа температура кипіння терпентинового масла відповідно буде 149,6°С, 124,4 і 92,3^СС. Це дозволяє відганяти скипидар з живиці при помірній температурі. Через те, що живиця в основному - це розчин нелетких смоляних кислот в скипидарі, то температура відгону скипидару буде завжди вищою температури кипіння чистого скипидару.

Пристрої з переробки живиці у вакуумі містять трубчатку з сепаратором, доуварювач і конденсаційну систему, яка включає поверхневий холодильник і скрубер. Розрідження створюється вакуум-насосом або паровим ежектором. Каніфоль, виготовлена на вакуумній установці, світліша за ту, яка отримана без вакууму в каніфолеварильних колонах.

Продукцію каніфольно-терпентинних заводів часто умовно виражають у так званих каніфольних одиницях (тонна каніфолі так само, як і тонна скипидару, вважається за одну каніфольну одиницю). На одержання каніфольної одиниці витрачається (в середньому): живиці 1093-1102 кг, фосфорної кислоти 2,5-5,4 кг, пари 1,09-1,36 т, води 20-26 м³ і електроенергії 2,64-7,86 кВт-год. Витяг смолистих речовин з живиці складає 97-98%, у тому числі каніфолі 98-99% і скипидару 93-94%.

З 1 т живиці одержують (в середньому) 750 кг каніфолі і 160-175 кг скипидару.

2.6 Розлив каніфолі

Каніфоль соснова - це склоподібна аморфна маса, що складається в основному зі смоляних кислот. Така каніфоль має схильність до кристалізації. Найчастіше кристалізація спостерігається, якщо розплавлену каніфоль відразу ж залити в бочки.

Оптимальна температура кристалізації каніфолі знаходиться в межах 80-115°С. Якщо гарячу (160-165°С) каніфоль залити в 200-літрову бочку, то в середині бочки каніфоль тривалий час буде знаходитися при температурі, сприятливій для кристалізації. Кристалічна каніфоль непридатна для застосування в багатьох галузях промисловості, наприклад у лакофарбовій, кабельній, паперовій і ін.

Для швидкого охолодження гарячої каніфолі застосовують розлив її в бочки тонкими шарами або спеціальні охолоджувачі, у яких каніфоль охолоджується до 60-65°С за 15-20 сек. Охолоджувач - це мідний або сталевий обертовий барабан з водяним охолодженням. Під барабаном на станині знаходиться ванна, під дном якої розташований змійовик глухої пари, а торцеві стінки ванни оснащені паровими сорочками.

Гарячу каніфоль подають у ванну трубопроводом, який обігрівається. Під час обертання барабана, внутрішня поверхня якого охолоджується розприскуваною водою, до нього прилипає тонкий шар каніфолі, що швидко охолоджується на його поверхні до температури 60-65°С і у вигляді густої текучої стрічки спеціальним ножем знімається з барабана і надходить у тару. Тривалість заповнення однієї 200-літрової бочки 12-18 хв. Коефіцієнт заповнення бочки каніфоллю складає 93% її корисного об'єму.

За 1 год. барабан охолоджує 600-800 кг каніфолі. Витрата електроенергії 1,1 кВт-год, а води біля 5 м³ на 1 т каніфолі.

Однак охолоджувачі каніфолі мають і ряд недоліків: складність регулювання роботи, низька продуктивність (на кожну каніфолеварильну колону необхідно мати 3-4 барабани), неповне використання об'єму тари, часте чищення зовнішньої поверхні барабана від налиплої плівки каніфолі. Крім того, потрібно відзначити, що тонка плівка гарячої каніфолі піддається окисленню киснем повітря.

Розлив каніфолі може здійснюватися за методом, який передбачає транспортування (шляхом перекачування) готової гарячої каніфолі безпосередньо з цеху на склад в розливний колектор, який має декілька точок відбору продукту з відводами, що оснащені спеціальними засувами шиберного типу. Розлив проводиться одночасно з всіх точок в металеві або картонні барабани об'ємом 100 л, встановлені на дерев'яних піддонах. Тривалість затарювання 40-50 секунд. Встановлення вільних барабанів і вивід заповнених каніфоллю з-під колектора здійснюється автонавантажувачем. Цей метод розливу дозволяє механізувати всі складські роботи, включаючи завантаження в залізничні вагони. Це досягається встановленням однопролітного крана-штабелера з ручним управлінням. Механізація розливу каніфолі і освоєння нових видів тари дозволяють покращити якість і товарний вигляд каніфолі.

Відповідно до вимог ГОСТ 19113-84 живична соснова каніфоль повинна відповідати наступним вимогам: вміст вологи до 0,3%, золи не більше 0,04%, механічних домішок 0,05%; температура розм'якшення не нижче 68°С для марки А і 66°С для марки Б; кислотне число не нижче 168 (для марки А) і 166 (для марки Б); вміст неомилюваних речовин не більше 6,5 (для марки А) і 7,5 (для марки Б).

Великі об'єми каніфолі споживає лакофарбова і поліграфічна промисловість. Каніфоль здавна використовується в миловарній промисловості як добавка до жирних кислот при варінні мила. Таке мило краще піниться, і піна виходить стійкою. Каніфоль застосовується також для виготовлення різних мастик і паст, виготовлення сургучу, пивних смолок і т.д.

Шляхом хімічної переробки з каніфолі одержують вторинні, цінніші продукти. Методом гідрування каніфолі воднем одержують гідровану каніфоль. Методом диспропорціонування, тобто перерозподілу водню в молекулах смоляних кислот, одержують диспропорційовану каніфоль. Гідрована і диспропорційована каніфолі дають стійкі, нетемніючі плівкоутворювальні матеріали, які використовуються для виготовлення високоякісних лаків і фарб. Клей з таких каніфолей використовують для проклеювання вищих сортів паперу, який використовують для виготовлення грошових знаків, світлочутливого паперу, географічних карт і інших цінних видань. Якщо каніфоль піддати процесу полімеризації, то одержують полімеризовану каніфоль. Її використовують для виготовлення поліграфічних фарб. Усі ці модифіковані каніфолі використовуються для виготовлення каніфольних емульгаторів, необхідних у виробництві синтетичного каучуку.

2.7 Сушіння і очищення скипидару

Відповідно до вимог ГОСТ 1571-82Е живичний скипидар (терпентинна олія) повинен бути прозорим, без осаду і води з питомою вагою 0,855-0,863. Інші показники для скипидару марок А і Б повинні бути відповідно: показник заломлення (п_D²⁰) 1,467-1,472 і 1,468-1,475, об'єм відгону до температури 170°С не менше 92% і 80%.

У скипидарі міститься емульгована в ньому вода і тому він часто виходить мутним. Для зневоднювання скипидару його фільтрують через соляно-ватяний фільтр, у якому вода поглинається кухонною сіллю.

Забарвлений живичний скипидар перед розливом в тару очищують перегонкою з парою або обробкою лугом. Жовте забарвлення скипидару вказує на попадання в нього каніфолі при перегонці або продуктів термічного розкладання смоляних кислот (каніфольних масел). Іноді жовте забарвлення виникає як результат тривалої дії на терпени кисню повітря, особливо в присутності вологи. Червоний колір терпентинного масла обумовлюється солями або окисами заліза. Зеленувате забарвлення скипидару надають мідні солі, які попадають в скипидар при проходженні його через холодильники. Для отримання незабарвленого скипидару потрібно дотримуватись технологічних режимів переробки живиці, а також правил зберігання і транспортування.

Скипидар є дуже добрим, хоча і дорогим розчинником олійних фарб, лаків, мастик та ін. При додаванні скипидару в олійні лаки і фарби вони швидко висихають, плівка стає міцнішою й еластичною.

Скипидар служить сировиною для синтезу цінних хімічних продуктів: синтетичної камфори, терпингідрату, гідроперекисів, полімерних смол, пластифікаторів, мастильних речовин і парфумерних продуктів. Зі скипидару синтезують інсектициди-отрути, що призначені для знищення комах-шкідників сільськогосподарських культур.

3. РОЗРАХУНОК ПРОДУКТИВНОСТІ ВІДСТІЙНИКІВ ЖИВИЦІ

В живиці будь-якого періоду збирання міститься вода, велике сміття у вигляді хвої, кусків кори, деревинної стружки, залишків комах і дрібне сміття у вигляді піску, пилу і солей заліза. Крім цього при підсочуванні застосовуються біостимулятори (зокрема сульфітно-спиртова барда), які через низьку культуру праці попадають в живицю. Сульфітно-спиртова барда має високі поверхнево-активні властивості, тому наявність її в живиці сприяє утворенню стійкої емульсії живиці у воді, або навпаки - води в живиці. Особливо стійкі емульсії утворюються під час плавлення живиці в потоці перегрітої пари. Утворена емульсія вода-живиця практично не розшаровується і приводить до великих втрат живиці при відстоюванні. Для забезпечення розшарування живиці і води на стадії плавлення додають такі деемульгатори як катамін АБ (0,2-0,3% від маси живиці). Однак, наявність катаміну в каніфолі знижує її якість, особливо при використанні її у виробництві синтетичного каучуку.

В процесі плавлення живиці і її перегону через хибне дно плавильника або друк-фільтра в буферну ємність вдається відокремити велике сміття. Дрібне сміття і вода залишаються в живиці. Основним способом відокремлення живиці від залишків сміття і води є відстоювання.

Продуктивність відстійника визначається за рівнянням:

де П - продуктивність відстійника, т/добу;

- густина живиці при температурі проведення відстоювання, кг/м³.

Кількість відстояної живиці в м³/с визначається за формулою:

де об'єм живиці, що відстоялася, м³/с;

F_о площа відстоювання, м²;

швидкість відстоювання частинок, в даному випадку крапель води, м/с.

Швидкість відстоювання частинок в м/с визначається за рівнянням Стокса:

Де d - діаметр крапель води, м;

- густина води, кг/м³;

- густина живиці, кг/м³;

g - прискорення вільного падіння, м/с²;

- динамічна в'язкість живиці, Па·с.

Всі параметри беруться при температурі відстоювання. Вода в масі знаходиться у вигляді крапель різних розмірів. Особливо дрібні краплі утворюються при плавленні живиці перегрітою парою. Діаметр крапель води в живиці експериментальним шляхом не встановлений. Передбачається, що він коливається в межах від 0,001 до 1,0 мм. Формула Стокса справджується тільки у випадку розмірів осідаючих частинок в межах від 0,00005 до 0,1 мм. Для частинок розміром більше 0,1 мм опір середовища відстоюванню пропорційний не першій степені, а квадрату швидкості.

В умовах розплавленої і добре прогрітої живиці, при яких відбувається відстоювання, важке сміття (мінеральні домішки, пісок, земля) осідають вниз, легке сміття спливає, вода ж залежно від густини живиці може знаходитися зверху або знизу живиці. Відомо, що рухомою силою процесу відстоювання є різниця густин середовища і частинок, що відстоюються. Для збільшення різниці густин і, отже, прискорення процесу відстоювання до живиці додають хлорид натрію (кухонну сіль). Однак, технічний NaС1 збільшує забарвлення каніфолі, знижує поверхневий натяг води, збільшує накипання на стінках технологічного обладнання і перешкоджає руйнуванню емульсій. Вміст скипидару в живиці при безсольовому способі очищення доводять до 35-45%, а температуру при відстоюванні підтримують в межах 93-98°С.

Відстоювання живиці проводять у відстійниках як періодичної, так і безперервної дії. Відстійники всередині футерують кислототривким цементом, а ззовні теплоізолюють, щоб живиця не охолоджувалася. Найбільш надійним і таким, що добре зарекомендував себе в експлуатації, є відстійник безперервної дії конструкції М.К. Жлобо і П.П. Полякова.

Щоб знайти продуктивність відстійника необхідно знайти:

1. густину води залежно від температури:

2. густину живиці залежно від температури і вмісту в ній скипидару:

3. в'язкість живиці залежно від вмісту скипидару.



4. швидкість відстоювання частинок , яку визначаємо за формулою (3.3):

5. кількість відстояної живиці, яку визначаємо за формулою (3.2):

Тоді продуктивність відстійника визначаємо за формулою

(3.1):

4.ВИЗНАЧЕННЯ МАСИ, ЯКУ НЕОБХІДНО ДОДАТИ ДЛЯ ВИСВІТЛЕННЯ ЖИВИЦІ

Колір каніфолі є одним з важливих показників її якості. При підсочуванні живиці часто користуються залізними приймачами, транспортування і зберігання здійснюють в металевій тарі, що приводить до утворення резинатів заліза Fе(C₁₉H₂₉COO)₂. Через окислення смоляних кислот киснем повітря можуть утворюватися і складніші з'єднання. Містить живиця таніди і барвники, які наявні в смітті, і продукти їх взаємодії з залізом та іншими мінеральними домішками. Крім цього в живиці є продукти окислення жирних і смоляних кислот, яких міститься особливо багато в баррасі.

Для підвищення якості каніфолі живицю піддають висвітленню. Процес висвітлення живиці проводиться хімічним методом, шляхом дії на неї водним розчином ортофосфорної кислоти H₃PO₄ або суперфосфатної водяної витяжки.

Суперфосфатну витяжку готують методом кип'ятіння суперфосфату з водою (у співвідношенні 1:1). При вмісті в суперфосфатній водяній витяжці 5-7% вільної H₃PO₄ її додають у кількості 30-40 л на 1 т живиці.

Операцію висвітлення живиці розчином ортофосфорної кислоти суміщають з процесом її плавлення. Технічну ортофосфорну кислоту розбавляють водою до 5-7%-ної концентрації і додають до живиці при завантаженні її в плавильник. Маса кислоти (кг), яку необхідно додати до каніфолі визначається за формулою:

де К - коефіцієнт, значення якого для світлої живиці 56, а для темної-102; (приймаю 56 - світла живиця);

Ж - кількість живиці, яка завантажується в плавильник, т;

п - кількість мілілітрів 0,5н NaOH, які витратили на титрування 3мл розбавленої H₃PO₄ з індикатором метиловим оранжевим, п=13мл.

Взаємодія фосфорної кислоти з резинатами заліза проходить за схемою:

3Fе(C₁₉H₂₉CO₂)₂+2H₃PO₄ >Fe₃(PO₄)₂+6C₁₉H₂₉COOH

Отже, маса кислоти, яку необхідно додати до каніфолі буде дорівнювати:

5. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ КИПІННЯ СУМІШІ ПРИ ПЕРЕГОНЦІ СКИПИДАРУ

Живиця, яка після очищення містить 58-60% каніфолі, 40-49% скипидару і 0,8% води, поступає в каніфолеварильні апарати. Суть процесу уварювання каніфолі зводиться до відгонки з неї скипидару. Відгін скипидару від каніфолі повинен бути повним, тому що залишки скипидару різко знижують температуру розм'якшення каніфолі і надають їй липкості. Початкова температура кипіння скипидару (б-пінену) 156°С. Наявність каніфолі в живиці значно підвищує її температуру кипіння (залишки скипидару відганяються при температурі 250-300°С). Температури більше 230-250°С (температура розкладання каніфолі) неприпустимі при ведені відгону скипидару, тому що терпенові вуглеводні, які містяться в скипидарі, і смоляні кислоти, які входять в склад каніфолі, при таких температурах схильні до ізомеризації, що приводить до зниження їх якості. Для зниження температури відгону скипидару від каніфолі цей процес можна вести при зниженому тиску в системі, в струмені інертного газу (N₂, СО₂ і ін.) та з водяною парою. На підприємствах найбільшого розповсюдження набув спосіб відгону з водяною парою.

Якщо нагрівати суміш двох або декількох взаємно нерозчинних рідин, то вони будуть переганятися при температурі нижчій, як температура кипіння низькокиплячого компонента суміші. Загальна пружність випарів буде складатися з парціальних тисків окремих компонентів суміші.

Шукана температура перегонки при даному тиску знаходиться з табличних даних лінійною інтерполяцією за формулою:

Де t_i - температура кипіння суміші, °С;

t_i-1 - температура з таблиці при Р_0(і-1)< Р_і , °С;

t_i+1 - температура з таблиці при Р_0(і+1)> Р_і , °С;

Р_і - тиск, при якому проводиться перегонка, кПа.

Отже, температура перегонки при тиску 100 кПа буде дорівнювати:

6. ВИЗНАЧЕННЯ ВАГОВИХ КІЛЬКОСТЕЙ КОМПОНЕНТІВ ПРИ ПЕРЕГОНЦІ СКИПИДАРУ

У випадку двохкомпонентної системи відповідно до рівняння Ван-Кліна відношення мас рідин, що піддаються перегонці рівне відношенню добутків молекулярних мас на парціальний тиск цих рідин при температурі кипіння суміші. Застосовуючи це до суміші вода-скипидар рівняння буде мати наступний вигляд:

де відповідно маси води і скипидару в суміші випарів, кг

М_в і Р_в - відповідно молекулярна маса води і скипидару;

Р_в і Р_ск - відповідно пружність випарів води і скипидару в чистому вигляді при температурі кипіння суміші, кПа.

Молекулярна маса води рівна 18, а скипидару - 136.

Пружність випарів води і скипидару при температурі кипіння суміші, розраховують за даними табл. З лінійною інтерполяцією за формулою:

де пружність випарів шуканої речовини в чистому вигляді, кПа;

температура кипіння суміші, °С;

попереднє менше табличне значення температури перед значенням температури кипіння суміші, °С;

наступне більше табличне значення температури за значенням

температури кипіння суміші, °С;

пружність випарів шуканої речовини при табличному значенні

пружність випарів шуканої речовини при табличному значенні температури більшому за температуру кипіння суміші (), кПа.

Відгін скипидару з живиці й уварювання каніфолі здійснюють у каніфолеварильних колонах безперервної дії. Двоступенева каніфолеварильна колона забезпечує створення м'якшого температурного режиму в початковий період відгону (140-155°С) та під час відгону товарного скипидару з високим вмістом пі ненової фракції. Після цього в другій колоні при жорсткішому температурному режимі (165-170°С) відганяється залишкова частина скипидару (біля 10%) з важкими фракціями зворотній скипидар. Введення процесу двоступеневої десорбції скипидару з живиці складне через додаткові операції вводу і регулювання глухої пари в другий підігрівач, перегрітої пари в другу колону і води в другий холодильник. Витрата перегрітої пари збільшується, оскільки основна маса скипидару відганяється при зниженій температурі.

Отже розраховуємо пружність випарів води і скипидару лінійною інтерполяцією за формулою (6.2):

Тоді:



7. ВИЗНАЧЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ОХОЛОДЖУВАЧА КАНІФОЛІ

Аморфний склоподібний стан каніфолі з характерним зламом пояснюється тим, що утворений в процесі її отримання сплав смоляних кислот при швидкому охолодженні застигає, не встигаючи закристалізуватися. Утворення кристалічної форми каніфолі вкрай небажане.

Рис. 2. Барабанний охолоджувач каніфолі:

1- охолоджувальний барабан; 2 - підшипник; 3 - сальник; 4 - пустотілий вал; 5 - розбризкувач води; 6 - шків; 7 - ванна для каніфолі; 8 - регулювальний болт; 9 - станина: 10 - ніж; 11 - охолоджена каніфоль

Найбільшу схильність до кристалізації вона має при температурі 80-120°С. До того ж, при температурі 80°С кристали смоляних кислот випадають у вигляді лінз, при 90-100°С - у вигляді трикутників, при 110-115°С - прямокутників і квадратів. При температурі нижче 80°С каніфоль стає дуже в'язкою і кристалізація практично не відбувається, а при температурі вище 125°С кристали знаходяться в розплавленому стані і кристалізація неможлива.

Якщо зразу товарну каніфоль розлити в тару (бочку), то в її середині

каніфоль буде зберігати температуру сприятливу для її кристалізації. Тому при розливі каніфолі необхідно забезпечити практично миттєве охолодження її до температури нижче 80°С.

Швидке охолодження гарячої каніфолі проводять на охолоджувальних барабанах (рис. 2), які виготовляються переважно з листової міді. Для кращого охолодження вода подасться безпосередньо на внутрішню стінку барабана за допомогою спеціального розпилювача. Частота обертання барабана регулюється за допомогою редуктора варіатора; при оптимальнихумовах роботи вона складає 4-6 хв^-1. Продуктивність (кг/год) такогоохолоджувача визначається за формулою:

де діаметр барабана, мм (750 мм);

довжина барабана, мм (880 мм);

товщина шару каніфолі, що захоплює барабан з ванни, залежно від

температури каніфолі і охолоджувальної води, мм (0,8-2,0 мм);

п кількість обертів барабана в хвилину, хв.^-1;

густина каніфолі, т/м³ (1,08 т/м³).

Практично на кожну каніфолеварильну колону необхідно встановлювати 3-4 барабани. В даному випадку для каніфолеварильної колони барабан 1 (один).

Продуктивність охолоджувача визначаємо за формулою (7.1):

8. ЗАХОДИ ЩОДО ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД І ГАЗОВИХ ВИКИДІВ

Об'єм стічних вод при переробці живиці на каніфольно-терпентинних заводах невеликий і складає 1м³ в розрахунку на одиницю товарної продукції. В основному стічні води виникають на етапі відстоювання живиці від сміття і води, а також від миття бочок. Проте забруднення стічних вод досить велика (забрудненість по ХПК 18000 - 20000 мг/л). Стічні води мають високу кислотність: рН: 1,3 -2,3. При обробці цих вод гашеним вапном їх забрудненість зменшується в 2-3 рази, в основному за рахунок випадання в осад резина ту кальцію та сорбції інших смолистих речовин на поверхні осаду і гідроксиду кальцію. Стічна вода з відділу уварювання каніфолі складає половину всіх стоків каніфольно-терпентинних заводів і являє собою під скипидарну воду із флорентини. Ця вода має ХПК 2000-4000 мг/л і містить переважно емульгований скипидар.

Враховуючи невеликі об'єми стічних вод, кінцеву чистку їх на каніфольно-терпентинних заводах часто проводять методом спалювання в циклонних топках.

Газові викиди від апаратів забруднені парами скипидару. Однак низька пружність парів скипидару і невеликий об'єм повітря, що відходить, зумовлюють невелике забруднення повітря і практично входять у гранично допустиму концентрацію (ГДК) для скипидару, рівну 300мг/м³.

Для забезпечення кращої очистки газових викидів і більш глибокого вилучення скипидару на повітряних лініях встановлюють або потужні кінцеві холодильники, або скрубери, що зрошуються мінеральними маслами.

ВИСНОВКИ

живиця каніфоль скипидар перегонка

Отже, основними продуктами переробки живиці є каніфоль і скипидар. Значне застосування каніфоль знаходить у лакофарбовій промисловості, як основа лаків, фарб і оліф. Для поліпшення плівкових властивостей з каніфолі виготовляють для лакофарбової промисловості кальцієві і цинкові резинати, ефіри каніфолі.

Велика кількість каніфолі і її похідних застосовують для одержання різних типів в'яжучих. Найбільш важливою областю застосування каніфолі у виробництві в'яжучих є одержання клею, що охоплює при температурі понад 100?С, а також латексу і розчинника каучукового клею.

Каніфоль широко застосовується у харчовій промисловості для виробництва пляшкової смоли й емалювання бочок і у поліграфічній - для виготовлення типографських фарб і чорнила, а також для виготовлення художніх фарб, кольорових олівців.

Живичний скипидар є натуральним ефірним маслом - сумішшю терпенових вуглеводів. Скипидар використовують такі галузі, як лакофарбова, фармацевтична, текстильна, парфумерна та ін. Скипидар є сировиною для багатьох хімічних синтезів, наприклад при одержанні штучної каніфолі і інсектицидів, ароматичних речовин. Також скипидар використовують як рідке моторне паливо. При ароматизації скипидару одержують фракції, які використовують як авіапаливо для підвищення його октанового числа.

Таким чином, від розвитку хімічної промисловості залежить подальший підйом сільського господарства, технологічний процес важкої індустрії і будівництва, збільшення випуску предметів народного споживання. Комплексне використання відходів - велике додаткове джерело сировинних ресурсів для збільшення виробництва лісохімічних продуктів.

Список використаної літератури

1. Бехта П.А., Козак Р.О., Тушницький О.П. Комплексна хімічна переробка деревини. Навчальний посібник. - Львів: УкрДЛТУ,2003. - 178с.

2. Козак Р.О. Методичні вказівки «Технологічні розрахунки у каніфольно-терпентинному виробництві» до виконання курсової роботи за темою: «Технологія переробки живиці» з курсу «Комплексна хімічна переробка деревини». - Львів: УкрДЛТУ, 2003. - 24с.

3. Технология лесохимических производств. Учебник для вузов/ Выродов В.А., Кислицин А.Н., Глухарева М.И. и др. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 352с.

4. Никишов В.Д. Комплексное использование древесины. - М.: Лесная промышленость, 1985. - 263с.

5. Дубин З.Ю. Смоло-скипидарное производство. Изд-во «Лесная промышленность»,1966.

Размещено на Allbest