Вместе с живицей на заводы поступает и баррас, содержащий значительное количество окисленных смоляных кислот, что сильно затрудняет его переработку; получаемые при этом из барраса канифоль и скипидар отличаются пониженным качеством. На некоторых заводах баррас не перерабатывают отдельно, а добавляют к обычной живице в плавильник в количестве не более 10 %.
Живица всегда содержит примеси - сор и воду. Вода извлекает из сора содержащиеся там водорастворимые вещества - танниды, красители и слизеподобные вещества, которые затрудняют переработку живицы и придают окраску канифоли. Поэтому вода и сор являются не только балластом, уменьшающим содержание в живице смоляных веществ, но и вредными примесями.
Переработка живицы включает две стадии процесса. На первой стадии происходит удаление из расплавленной и осветленной живицы сора и воды. Получаемая при этом очищенная и расплавленная живица называется терпентином. На второй стадии производят отгонку летучей части (скипидара) острым паром от нелетучих смоляных кислот. При этом происходит сплавление смоляных кислот с другими твердыми нелетучими компонентами живицы. Получаемый продукт называется живичной канифолью, а операция носит название уваривание канифоли [6].
2.2.2 Осветление живицы
Поступающая на канифольные заводы живица обычно окрашена в темно- серый или бурый цвет и редко сохраняет свою натуральную белую или желтоватую окраску. Цвет живицы зависит от разных причин: желтоватой и буроватой она становится от окисления, главным образом, на каррах или при долгом хранении на складах и хранилищах; темно-серый цвет говорит о загрязнении живицы окислами железа при хранении в железных приемниках.
Применение стальных неоцинкованных приемников на подсочке и стальной аппаратуры в канифольно-терпентинном производстве (шнеки, сборные коробки для живицы, плавильники и др.), все это приводит к образованию резинатов железа Fe(). Возможно образование более сложных соединений в результате окисления смолистых веществ кислородом воздуха. Так же в живице присутствуют танниды и красители, содержащиеся в соре, и продукты их взаимодействия с железом и другими минеральными примесями. И, наконец, в живице имеются продукты окисления жирных и смоляных кислот, которые содержатся особенно много в баррасе. Все эти соединения дают при переработке живицы окрашенную канифоль, что ухудшает ее качество [3, 4].
Для повышения качества канифоли, главным образом цветности, живицу подвергают осветлению. Осветление живицы производится химическим способом в одном потоке с процессом плавления, когда через плавильники пропускают водный раствор ортофосфорной кислоты концентрацией 5-7 %. Расход кислоты зависит от цвета сырья и составляет 3,5-7,0 кг/1 т живицы [3].
Взаимодействие фосфорной кислоты с резинатами железа проходит по cхеме
(1)
Соли железа фосфорной кислоты бесцветны и хорошо растворимы в воде. И успешно отделяются от живицы при отделении ее от воды и сора в отстойниках.
Высокий эффект осветления и предупреждение кристаллизации достигаются путем дополнительной промывки отстоявшейся живицы водой, которая обеспечивает практически полное удаление солей железа фосфорной кислоты, таннидов и красящих веществ, а также остатков фосфорной кислоты и других водорастворимых веществ, попадающих в живицу при ее добыче или вносимых в процессе переработки. Промывку терпентина осуществляют горячей водой, которую вводят в количестве 10 % по отношению к терпентину. Осуществляют промывку периодическим или непрерывным способами. Для периодического способа используют баки, снабженные мешалкой. Продолжительность промывки - 1 час. Для промывки непрерывным способом используют шаровые смесители. Удаление солей железа, таннидов и красящих веществ улучшает цветность канифоли, а удаление фосфорной кислоты предупреждает изомеризацию смоляных кислот на стадии уваривания канифоли [5].
На некоторых зарубежных заводах для осветления живицы применяют щавелевую кислоту. Но применение щавелевой кислоты нежелательно, так как образуемые ею при взаимодействии с окислами железа бесцветные соли не растворяются ни в живице, ни в воде. Оставаясь в канифоли, они при последующем ее нагревании, при варке лака, разлагаются с образованием окиси железа, придающей лаку нежелательный темный цвет [7].
2.2.3 Очистка живицы от примесей
Содержащаяся в живице вода обычно эмульгирована в ней и отстаивается только в отдельных случаях. Твердые примеси, или сор, подразделяются на органические и минеральные. Органические примеси находятся в живице обычно в виде сравнительно крупных и более мелких, чем вода, частиц и включений - хвои, кусков коры, древесной стружки, остатков насекомых и некоторых мелких частиц, например, образующейся из коры пыли. Минеральные примеси состоят из мелких частиц пыли и песка, более тяжелых, чем вода. Мелкий сор составляет главную часть примесей, находящихся во взвешенном состоянии в расплавленной живице. При плохой ее очистке эти примеси, в основном пыль от коры, попадают в готовую канифоль.
Отделить примеси от вязкой, густой живицы при обычной температуре невозможно. Поэтому живицу расплавляют, при этом вязкость ее уменьшается (таблица 3) [3].
Таблица 3 - Вязкость живицы в зависимости от содержания скипидара
|
Температура, ?С |
Вязкость живицы, Па·с·, при содержании скипидара, % |
|||||
|
20,4 |
25 |
30 |
35 |
40 |
||
|
20 |
- |
- |
- |
- |
390 |
|
|
30 |
- |
- |
- |
500 |
180 |
|
|
40 |
- |
- |
660 |
230 |
89 |
|
|
50 |
- |
900 |
280 |
100 |
43 |
|
|
60 |
950 |
300 |
115 |
51 |
28 |
|
|
70 |
300 |
130 |
58 |
30 |
17 |
|
|
80 |
145 |
65 |
34 |
19 |
14,5 |
|
|
90 |
- |
47 |
26 |
- |
8,1 |
Механические примеси могут быть отделены от расплавленной живицы простым фильтрованием, а вода - отстаиванием. Обычно для отделения примесей применяют последовательно обе эти операции. При этом в одних случаях стремятся отфильтровать только крупный сор, а при отстаивании отделить воду и мелкий сор. Вода и тяжелый сор опускаются на дно отстойника, а остатки легкого сора всплывают к верху.
Для ускорения процесса отстаивания процесса отстаивания помимо уменьшения вязкости живицы, необходимо применять меры для увеличения разности плотностей между отстаивающимися частицами и живицей. Особенно важно это положение при отстаивании воды, плотность которой очень близка к плотности живицы. Поэтому для отделения воды необходимо не только нагреть живицу, но и увеличить разность между ее плотностью и плотностью воды [4].
Для этого применяют два способа: или увеличивают плотность воды, растворяя в ней соли, например, поваренную соль, или уменьшают плотность живицы, добавляя к ней какой-либо растворитель с низкой плотностью, лучше всего скипидар [3].
2.3 Технологическая схема и ее описание
B отделении первичной переработки живицы подготовка сырья начинается с выгрузки живицы из бочек (1) в живицемялку (2) с помощью электротельфера (3). Туда же подается оборотный скипидар из мерника (4) для разбавления и ортофосфорная кислота для осветления из мерника (6). Разбавленная кислота в мерник (6) поступает из сборника (5) насосом (16). В сборник (5) подается концентрированная ортофосфорная кислота со склада и вода для разбавления из сборника (12) насосом (16). Оборотный скипидар в мерник (4) поступает из сборника (13).
Размягченная, расплавленная и осветленная живица далее бетононасосом (7) подается в плавильник непрерывного действия (8), где при помощи глухого и острого пара нагревается до температуры 95 °С.
Расплавленная живица далее подвергается очистке от примесей. Очистка от крупного сора происходит в попеременно работающих друк- фильтрах (9), куда живица поступает после плавильника. Процесс фильтрации длится в течение 8-16 ч при температуре 90-95 °С. Во время фильтрации из живицы происходит испарение до 10 % скипидара, одновременно со скипидаром идет испарение воды в соотношении вода : скипидар 1:1 (по массе).
Пары воды и скипидара охлаждаются в конденсаторе-холодильнике (10) до температуры 25 °С, после чего конденсат поступает на разделение во флорентину (11), откуда флорентинная вода поступает в сборник (12), а скипидар в сборник (13).
Отфильтрованная живица при помощи давления острого пара передавливается из друк-фильтра (9) в напорный бак (14). Оставшийся на сетке друк-фильтра (9) сор подвергается экстракции горячим скипидаром. Для этого скипидар подается из сборника (13) при помощи насоса (16) через подогреватель (15), где нагревается до температуры 95 °С.
После экстракции экстракт направляется на переработку вместе с профильтрованной живицей, а из сора острым паром отгоняют скипидар, после чего из друк-фильтра (9) удаляют сор.
Из напорного бака (14) живица поступает в верхний непрерывно действующий отстойник (17), где при температуре 90 °С происходит отстаивание живицы от мелкого сора и воды. Отстоявшаяся живица собирается в сборник (18), а отстой направляется на получение воздухо- вовлекающей добавки (ВВД).
Из сборника (18) при помощи насоса (16) живица поступает в реактор- промыватель (19), куда подается флорентинная вода из сборника (12) при помощи насоса (16) через подогреватель (20), где нагревается до температуры 95 °С. В реакторе-промывателе (19) происходит удаление из живицы красящих веществ, таннидов и растворимых солей фосфорной кислоты.
После реактора-промывателя (19) живица самотеком поступает в нижний отстойник (21) непрерывного действия, где происходит окончательное удаление воды и примесей. После отстойника (21) терпентин поступает в контрольный бачок (22), а отстой сбрасывается в канализацию.
2.4 Расчет материального баланса
Исходные данные для расчетов.
1. Сырье - сосновая живица (97 %) и сосновый баррас (3 %). Канифоли в живице - 75 %, в баррасе - 82 %, среднее содержание канифоли в сырье - 75,2 %. Скипидара в живице - 18 %, в баррасе - 7 %, среднее содержание в сырье - 17,7 %. Сора (механических примесей) в живице - 1,5 %, в баррасе - 5 %, среднее содержание в сырье - 1,6 %. Воды в живице - 5,5 %, в баррасе ? 6 %, среднее содержание в сырье - 5,5 %.
2.Расход фосфорной кислоты (100 %) на 1 т живицы - 3 кг.
3. Расход острого пара на плавление - 10 % от загрузки.
4. Количество механических примесей (сора), остающихся на фильтре (в друк-фильтре) ? 90 % от исходного содержания в живице.
5. Расход острого пара на отдувку скипидара из сора после экстракции - 50 % от массы сора.
6. Состав сора после фильтрации: канифоли - 28 %, скипидара - 12 %, воды - 30 %, сора ? 30 %.
7. Состав сора после экстракции: канифоли - 3,4 %, скипидара - 48,4 %, воды - 24,1 %, сора ? 24,1 %.
8. Состав отработанного сора: канифоли - 5,9 %, скипидара - 2,1 %, воды - 50 %, сора ? 42 %.
9. Состав плавающего сора: канифоли - 45 %, скипидара - 15 %, воды - 35 %, сора ? 5 %.
10. Состав тонущего сора: канифоли - 40 %, скипидара - 10 %, воды - 30 %, сора ? 20 %.
11. Количество воды на промывку терпентина - 10 % от массы терпентина.
12. Содержание эмульгированной воды в терпентине - не более 0,5 %.
2.4.1 Узел подготовки живицы
Мощность производства по переработке живицы - 5500 тонн в год.
Потери живицы при транспортировке, загрузке и других работах составляют 3 %. С учетом потерь на производство должно поступить живицы
5500 • 1,03 = 5665 т/год.
В году 365 дней, 35 дней отводится на капитальный и плановый предупредительный ремонты. Число рабочих дней в году составляет
365 - 35 = 330 дней.
Часовая производительность по сырью, G, при непрерывном техническом процессе составит
где A - годовая производительность по сырью, кг/ч;
24 - количество часов в сутках, ч;
330 - число рабочих дней в году.
В составе живицы, поступающей на переработку, приходит:
- канифоли 694,4 • 0,752 = 522,2 кг/ч;
- скипидара 694,4 • 0,177 = 122,9 кг/ч;
- сора 694,4 • 0,016 = 11,1 кг/ч;
- воды 694,4 • 0,055 = 38,2 кг/ч.
В живице содержится 17,7 % скипидара. Для снижения вязкости живицы и придания ей подвижности в живицемялку добавляют оборотный скипидар до содержания его в живице ? 40 %.
После добавления оборотного скипидара количество его в живице, в расчете на смолистые вещества, должно составить
360,8 - 122,9 = 237, 9 кг/ч.
Для улучшения цветности канифоли предусматривают осветление живицы путем добавления ортофосфорной кислоты. Расход ортофосфорной кислоты (100 %-й концентрации) на 1000 кг живицы составляет 3 кг.
При производительности 694,4 кг/ч живицы расход кислоты составит
Для осветления используется 2 %-я ортофосфорная кислота, количество ее составит
в том числе воды будет
105 - 2,1 = 102,9 кг/ч.
При загрузке с живицей приходит вода - 38,2 кг/ч, значит необходимо добавить воды
102,9 - 38,2 = 64,7 кг/ч.
В таблице 4 приведен материальный баланс узла загрузки живицы (живицемялка).