Таблица 2 - Показатели качества живичного скипидара
|
Наименование показателя |
Норма для сорта |
|||
|
Высший |
1-й |
2-й |
||
|
1. Внешний вид и запах |
Прозрачная летучая жидкость с характерным запахом без осадка и воды |
|||
|
2. Плотность,с, при 20 °С, г/см |
0,855-0,863 |
|||
|
3. Показатель преломления |
1,465-1,472 |
1,465-1,472 |
1,465-1,475 |
|
|
4. Интенсивность окраски |
Не интенсивнее окраски равного по высоте объема раствора сравнения N 1 |
Не интенсивнее окраски равного по высоте объема раствора сравнения N 2 |
||
|
5. Объемная доля отгона в пределах температур при давлении 101325 Па (760 мм рт.ст.), %: |
||||
|
до 155 °С |
Отсутствие |
|||
|
до 170 °С, не менее |
92 |
90 |
80 |
|
|
6. Массовая доля суммы - и -пинена, %, не менее |
60 |
55 |
50 |
|
|
7. Кислотное число, мг КОН на 1 г продукта, не более |
0,5 |
0,5 |
1,0 |
|
|
8. Массовая доля нелетучего остатка, %, не более |
0,5 |
0,5 |
0,9 |
Состав скипидара значительно варьируется в зависимости от источника живицы (вида растения (сосна, лиственница, ель и др.), от характера сырья (живица, древесина, ветки и хвоя, пни), а также от времени заготовки и технологии переработки сырья). Скипидар из сосны Pinussylvestris (наиболее распространённый источник живицы) содержит до 78 % пиненов, 10-18 % Д3- карена, 4-6 % дипентена.
Хранить скипидар нужно в стальных цистернах, заполненных не более чем на 93 %, предохраняя от света и воздуха. Во избежание окисления прибавляют различные ингибиторы.
Особая ценность скипидара заключается в том, что он является единственным крупным источником терпенов, которые широко используются в химической промышленности для синтеза целого ряда веществ.
Компоненты скипидара являются основой синтеза камфары, терпинеола и терпингидрата, производных пинена и камфена - полихлоридов (ядохимикаты); окситерпеновых смол и окситерпеновых растворителей, мебельного лака ТК.
Скипидар является ценным сырьем для производства гидроперекисей п- ментана, применяемых для вулканизации резиновых смесей. Перспективными продуктами переработки скипидара являются политерпеновые смолы, как жидкие, так и твердые.
Основной областью применения скипидара в нашей промышленности является использование его в качестве растворителя при производстве масляных и художественных красок, лаков, мастик и вакс. Однако использование скипидара в качестве растворителя надо считать недостаточно рациональным [4].
2. Технологические решения
2.1 Выбор и обоснование технологической схемы производства
Выбранный вариант проведения технологического процесса должен не только обеспечить эффективную переработку сырья с максимальным выходом продукции, но также учитывать объем капиталовложений, уровень автоматизации и механизации.
В отделении первичной переработки живицы технологический процесс переработки живицы складывается из следующих основных операций:
- складирование и первичная обработка живицы;
- плавление живицы;
- очистка от крупного сора и экстракция сора;
- отстаивание (декантация) терпентина [3].
2.1.1 Складирование и первичная обработка живицы
Основное количество живицы добывают в течение июля-августа. В меньших количествах - в мае, июне, сентябре. Таким образом, живица является сезонным сырьем. Для обеспечения равномерной работы предприятия необходимо создавать запасы живицы. Поэтому большую часть живицы летнего поступления оставляют на хранение на специально оборудованных заводских площадках. Живица с места добычи на заводы поступает в металлических бочках вместимостью 200-250 дм3 с одной отъемной крышкой [3].
В настоящее время существует два способа хранения живицы: в бочках и бестарный способ. Бестарный способ хранения заключается в том, что живицу хранят в больших металлических цистернах объемом до 2000 м3, что позволяет сократить площадь складских помещений и утечку живицы при хранении. Такой способ хранения более приемлем для заводов, перерабатывающих более 7 тыс. т. живицы в год.
Для заводов с меньшими производственными мощностями наиболее выгодным является способ хранения живицы в бочках, несмотря на следующие недостатки: при длительном хранении происходит утечка наиболее богатой скипидаром части живицы (потери около 1 %); требуются большие площади специально оборудованных складских помещений; так же возникают неудобства при выгрузке живицы из бочек в холодное время года.
Для хранения живицы на заводе организовано специальное отделение первичной обработки сырья. Со стороны подъездных путей пол этого отделения устанавливается на уровне пола железнодорожного вагона. Металлические бочки с живицей выгружаются из железнодорожных вагонов на открытую рамку отделения. Каждую бочку взвешивают на специальных весах, а из каждой десятой отбирается проба для анализа состава живицы.
Порожние бочки подвергаются очистке. Очистка может осуществляться горячим водным раствором щелочи, пропаркой острым паром, либо гидравлическим способом [5].
Очистка бочек щелочью и пропаркой паром имеет существенные недостатки: при обработке бочек щелочью они сильно увлажняются - требуется их сушка, а полученный при этом грязный раствор канифольного мыла не находит применения; при пропарке острым паром значительная часть живицы остается на стенках бочки в виде сплавленной стекловидной массы и при последующем заливе портит канифоль и скипидар почти полностью теряется. Очистка бочек гидравлическим способом заключается в том, что бочки очищают струей воды под большим напором над открытым бетонированным водоемом. В результате налипшая живица при этом легко отделяется от стенок бочки и в виде пены стекает в водоем, где она отстаивается от воды и с помощью небольшого шнека направляется в цех на переработку. Этот метод позволяет сэкономить время и снизить потери живицы в производстве [4].
Подготовка живицы к плавлению заключается к выгрузке живицы из бочек и ее размягчении в живицемялке. По принятой технологии в живицемялку так же подают оборотный скипидар для разбавления и ортофосфорную кислоту для осветления, что позволяет сэкономить время и уменьшить число используемых аппаратов.
После предварительной подготовки размягченная и разбавленная живица поступает на стадию плавления.
2.1.2 Плавление живицы
Плавление живицы сводится к нагреву ее до 90-95 °С. Плавление необходимо для того, чтобы из живицы было легче удалить примеси, так как отделить их от вязкой и густой живицы при обычной температуре невозможно. В этих же целях на стадии подготовки живицы в нее добавляют оборотный скипидар для понижения вязкости [5].
Плавление может осуществляться глухим и острым паром. При плавлении глухим паром вся масса живицы располагалась вблизи нагревательных элементов и не обводнялась конденсирующим паром. Однако при этом расплавленную живицу нельзя было отделить от сора, а для очистки от мелкого сора требовался фильтр-пресс. Плавление глухим паром в настоящее время считается нерациональным и не используется.
При плавлении острым паром увеличивается общее содержание воды в живице за счет конденсата, что помогает лучше отделять экстрактивные вещества, уходящие затем с водой при отстаивании. Кроме того, при остром паре живица активно перемешивается, что значительно ускоряется процесс плавления. Недостатком является то, что после плавки в живице повышается содержание воды, которую необходимо удалить.
Плавление может осуществляться в аппаратах периодического и непрерывного действия. В настоящее время на большинстве заводов для плавления живицы используют плавильники периодического действия вместимостью 5,5-6,5 . Плавильник представляет собой цилиндрический сосуд со сферическим дном и крышкой.Он имеет также ложное дно - решетку с ячейками 10 мм для отделения крупного сора от расплавленной живицы. Под ложным днищем располагается барботер, через который обеспечивается подача острого пара давлением 0,4 МПа. Плавильник снабжен двумя люками. Верхний люк используется как смотровой, нижний люк одновременно используется для выгрузки сора (при его ручном удалении) и ремонта и чистки ложного днища [7].
На высоте 2/3 плавильника устанавливается сблокированное с лампой гамма-реле, выдающее световой сигнал, когда живица достигнет его уровня. Таким образом, обеспечивается постоянный объем загрузки живицы, исходя из которого рассчитывают и подают необходимое количество скипидара и фосфорной кислоты. Плавильник оснащен также манометром и предохранительным клапаном. По условиям безопасности плавильник рассчитывают на давление 0,6 МПа, а предохранительный клапан регулируют на давление 0,15-0,2 МПа [8].
B проекте для плавления используется реактор-плавильник непрерывного действия, представляющий собой теплообменный аппарат типа «труба в трубе», снабженный паровой рубашкой и барботажным кольцом в нижней части для подачи острого пара. Недостатком работы этого плавильника является неустойчивость равномерной подачи живицы бетононасосами [8].
После плавления живица поступает на стадию очистки от крупного сора методом фильтрации.
2.1.3 Отстаивание живицы
Очистка живицы проводится в два приема: в друк-фильтре она очищается от грубого сора, в отстойниках - от мелкого сора и воды. Различают два способа очистки живицы от примесей: фильтрационный и декантационный.
При фильтрационном способе расплавленную живицу сначала фильтруют через медную сетку для освобождения от крупного сора, далее подвергают очистки от мелкого сора, песка и слизеподобных веществ в фильтр-прессах, а затем дают некоторое время отстояться от воды в небольших отстойниках. При таком способе живица полностью освобождается от механических примесей.
При декантационном способе (способе отстаивания) живица вначале плавится в плавильнике, освобождается от крупного сора в друк-фильтре и поступает для очистки от мелкого сора и воды в отстойники. Недостатками декантационного способа являются: добавление скипидара для уменьшения плотности живицы, для оборудования требуются большие производственные площади, получается некоторое количество очень грязной живицы - отстоя, которую необходимо перерабатывать отдельно. Но фильтрационный способ более сложен, фильтр-прессы требуют непрерывного наблюдения и трудоемкого обслуживания (смены фильтров, чистки и т. д.), а необходимость в последующем отстаивании профильтрованной живицы от воды все равно не исключается. Поэтому наиболее приемлемым способом является способ отстаивания.
Очистка осуществляется в друк-фильтрах, представляющих собой цилиндрический аппарат автоклавного типа с вертикальной фильтрующей корзиной, покрытой двумя сетками - густой и редкой. Аппарат снабжен змеевиком для подачи глухого пара и барботером - для подачи острого пара. После фильтрации живицы на сетках корзины остается сор, который затем подвергается экстракции, для уменьшения потерь живицы.
Очищенная от крупного сора живица подвергается очистке от мелкого сора и воды.
Отстаивание живицы ведут в отстойниках как периодического, так и непрерывного действия, так же используется батарея отстойников [3].
Отстойники периодического действия выполнены в виде цилиндрических емкостей с конусообразным днищем, вместимостью от 8 до 15 т живицы. Однако по своей конструкции они не соответствуют эффективности процесса разделения живицы от примесей и требуют предельного внимания за их работой. В связи, с чем такие отстойники соединяют последовательно в батарею [9].
Батарея последовательно соединенных между собой отстойников более удобна, потому что при такой системе основная масса сора и воды отстаивается в первых двух отстойниках (считая от плавильника), и чистить приходится только их. Живица непрерывно перетекает из одного отстойника в другой и из последнего поступает в буферный бак, однако слив грязевого отстоя, как и в отстойнике периодического действия, производится периодически [4].
Наиболее надежным и хорошо зарекомендовавшим себя в эксплуатации является отстойник непрерывного действия М.К. Жлобо и П.П. Полякова, так как он имеет ряд преимуществ перед периодически действующим отстойником и каскадом отстойников. Эти преимущества заключаются в следующем: производительность почти в два раза больше, меньше затраты труда, вдвое меньше производственные площади.
При работе отстойников необходимо добиваться максимального уменьшения содержания воды в терпентине, так как вместе с водой на канифолеварение попадает фосфорная кислота, вызывающая изомеризационные превращения смоляных кислот, что в конечном итоге приводит к кристаллизации канифоли [2].
Таким образом, на основании вышеизложенного принимаем в проекте плавильник типа «труба в трубе» и непрерывно действующий отстойник.
2.2 Теоретические основы процесса
2.2.1 Переработка живицы
На канифольно-терпентинные заводы поступает сосновая живица, содержащая примерно 75 % канифоли, 18 % скипидара, 6 % воды и 1 % сора. Вытекающая при ранениях дерева сосновая живица представляет собой прозрачную смолистую жидкость с приятным сосновым запахом. Из-за испарения скипидара и кристаллизации смоляных кислот живица густеет, становится мутной, непрозрачной и вязкой (баррас).