ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Оборудование канифольно-экстракционного производства

Рубительные машины. Для измельчения осмола в СССР применяются два вида рубительных машин — дисковые и ба­рабанные (табл. 10.2).

В дисковых рубительных машинах механизм резания (ре­жущий орган) выполнен в виде вращающегося диска с распо­ложенными на его рабочей поверхности режущими ножами. Ра­нее выпускавшаяся машина ДР-28 является малоножевой ма­шиной и имеет 4 ножа. Современная рубительная машина МРН-100 является многоножевой и имеет 10 ножей.

В малоножевых рубительных машинах процесс резания ха­рактеризуется цикличностью (прерывностью). Многоножевые машины работают по принципу непрерывного резания, при

Котором очередной режущий нож входит в контакт с древесиной раньше, чем выходит из соприкосновения с древесиной преды­дущий нож. Рабочий орган дисковой рубительной машины — ножевой диск. Ножи закреплены на лицевой стороне диска та­ким образом, что их лезвия несколько выступают над поверхно­стью диска. К лицевой стороне диска с некоторым зазором при­мыкает направляющий патрон, по которому осмол подводится к ножам. На стенках, образующих днище патрона, установлены контрножи. В теле диска вдоль всей режущей кромки каждого ножа сделаны сквозные подножевые щели. Диск огражден ко­жухом.

Осмол по направляющему патрону подается к ножам, вра­щающимся в вертикальной плоскости диска. Каждый нож от­рубает шайбу толщиной, равной выпуску ножа. При этом по­дача сырья под следующий нож осуществляется затягиваю­щим усилием режущего ножа. Под действием скалывающих усилий от передней грани ножа отрубаемый слой древесины распадается на отдельные элементы — щепу, которая через подножевую щель поступает на приводную сторону диска и за­тем удаляется из кожуха.

В рассматриваемых машинах, предназначенных для из­мельчения коротких кусков древесины, осмол к диску подво­дится под действием силы тяжести.

Выброс щепы идет вверх под действием центробежной силы, сообщаемой щепе лопатками, закрепленными на диске.

В барабанных рубительных машинах режущим органом: (механизмом резания) является вращающийся барабан, на об­разующей которого установлены ножи. Имеются две конструк­ции ножевых барабанов, отличающиеся друг от друга спосо­бом удаления из зоны резания полученной щепы,— пазушная и щелевая.

В барабанах пазушного типа срезанная щепа собирается во впадинах (пазухах), расположенных в теле барабана перед 268

Каждым режущим ножом. В этом случае ножевой барабан де­лается массивным и служит одновременно маховиком. К этому типу относится 4-ножевая машина МРБ-03, конструкция ко­торой разрабатывалась для измельчения осмола. Однако дли­тельные испытания показали ее непригодность для рубки ос­мола из-за больших ударных нагрузок на ножи и узел их крепления.

Щелевые барабаны делаются полыми; образующаяся в про­цессе рубки щепа через подножевые щели поступает внутрь барабана и затем удаляется вдоль его оси вращения через один или оба торца барабана. Принципиальная конструкция щелевого барабана двухконусной рубительной машины фирмы ЦЕКОП показана выше на рис. 10.2.

Барабанные машины при их сравнительно небольших га­баритах могут иметь большие размеры загрузочного патрона, что очень важно для канифольно-экстракционного производ­ства, где осмол имеет неправильную форму и большие раз­меры в поперечнике. Использование небольших по размерам ножей, работающих как резцы, их спиральное расположение на поверхности диска обеспечивает устойчивую работу ма­шины при измельчении осмола. С учетом этого для кани - фольно-экстракционных заводов создается конструкция мощ­ной двухконусной машины МРПС-1, которая в отличие от ма­шины ЦЕКОП имеет встроенный узел доизмельчения щепы.

Конструкция этой машины приведена на рис. 10.12, где по­казан разрез машины по большому основанию конуса бара­бана. Основным рабочим органом машины является барабан, состоящий из двух усеченных конических дисков (конусов), на­саженных на вал и состыкованных между собой вершинами при помощи болтов. Диаметр большего основания конусов 2220 мм. На каждом конусе размещено 20 ножей, выступающих за на­ружную поверхность конуса на 10 мм, которые в радиальном направлении перекрывают друг друга. Всего на барабане уста­навливается 40 ножей, кроме того, установлено 45 бил, которые при работе машины обеспечивают доизмельчение щепы на ко­лосниковых решетках.

Колосниковые решетки (по две с каждой стороны машины) предназначены для доизмельчения щепы после рубки пней в конической части барабана. Решетки расположены в нижней части машины и занимают сектор в 150° окружности ротора. Колосниковая решетка состоит из двух секторов, соединенных шарнирно, а каждый сектор — из двух дугообразных боковин, соединенных между собой трубчатой связью. Рабочая ширина колосниковой решетки 450 мм. В каждой боковине имеется 60 отверстий треугольной формы, ,в них вставляются трехгранные колосники, режущие кромки которых направлены навстречу вращению ротора.

Каждая колосниковая решетка шарнирно подвешена на оси, в рабочем положении задвинута внутрь станины и зафиксиро-

Вана фиксаторами. При замене колосников решетка выдвига­ется за пределы станины, при этом сектора, поворачиваясь во­круг осей, складываются.

Машина имеет размер загрузочного патрона 1200x1200 мм, что позволяет перерабатывать крупногабаритный осмол дли­ной куска до 1100 мм. Осмол подается в загрузочный патрон сверху и попадает на контрнож, где начинает рубиться ножами, размещенными на периферии барабана. По мере уменьшения размера куска осмол затягивается к центру барабана и рубку завершают ножи, установленные ближе к центру барабана.

Полученная щепа через подножевые щели поступает во внутреннюю полость конусов барабана, откуда сбрасывается в дробильные камеры, расположенные по торцам конусов.

В дробильных камерах щепа доизмельчается на колосни-

Ковых решетках с помощью бил. Измельченная до кондици­онных размеров щепа проваливается сквозь зазоры между ко­лосниками и падает на конвейеры, которые транспортируют ее на сортировку.

Производительность машины 30 м3/ч плотной древесины, ус­тановленная мощность электродвигателя 400 кВт, частота вра­щения барабана 5 с-'. Машина снабжена ручным ленточным тормозом и гидроприводами для поворота крышки и для пе­ремещения колосниковых решеток.

Дробилка. Для доизмельчения щепы, получаемой после ру - бительной машины, в канифольно-экстракционном производ­стве применяются молотковые дробилки, в которых режущие колосники выполнены в виде трехгранника. Это позволяет про­цесс дробления щепы вести на острых гранях, что приближает процесс дробления к процессу резания. Кроме того, за режу­щей кромкой при этой конструкции колосника образуется рас­ширяющийся зазор, что исключает возможность запрессовы - вания этого зазора волокнистой массой раздробленной щепы. Описание конструкции этой машины дано на примере дробилки фирмы ЦЕК. ОП, эксплуатируемой на большинстве наших заво­дов (рис. 10.13).

Корпус дробилки является разъемным и состоит из передней и задней крышек и основания. Все эти элементы соединены между собой болтами. Передняя крышка закреплена на оси, что позволяет получить доступ внутрь корпуса за счет пово­рота крышки, не снимая ее. К задней крышке крепится дробя­щая плита, положение которой регулируется при помощи регу­лировочных болтов. Регулировка состоит в сближении или уда­лении дробящей плиты от барабана.

Дробящая плита служит опорной плоскостью, на которой происходит первичное дробление. Основным элементом дро­билки является ротор, вращающийся в подшипниках. Ротор состоит из 16 внутренних и 2 наружных дисков. Между дис­ками на осях шарнирно закреплено 192 молотка. Каждый молоток имеет два отверстия, благодаря чему возможна че­тырехкратная перестановка и эксплуатация режущих кромок молотков. При затуплении кромка наплавляется твердосплав­ным электродом и затачивается на точильном станке. Когда ротор не вращается, положение молотков произвольно, при вращении ротора под действием центробежной силы молотки располагаются радиально, как это показано на рис. 10.13.

В нижней части корпуса дробилки закреплены две колосни­ковые решетки. Каждая решетка состоит из трех дуг, соеди­ненных поперечными балками, образуя тем самым корпус ко­лосниковой решетки, который выполнен в двух вариантах, поз­воляющих закрепить 32 или 36 колосников, в зависимости от требуемой степени дробления и времени года (летнее или зимнее).

Колосниковая решетка выемная, что необходимо для по­ворота или замены колосников в случае их затупления или поломки. Кромки колосников наплавляются твердосплавным электродом, после чего затачиваются на точильном станке.

Производительность дробилки 12 м3/ч плотной древесины. Частота вращения ротора 1160 мин~', мощность электродвига­теля 55 кВт, передача движения от электродвигателя через клиноременную передачу.

Экстрактор фирмы ЦЕКОП. Этот экстрактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, имеющий верх­ний, загрузочный, и нижний, выгрузочный, люки. Корпус ап­парата имеет форму конуса, расширяющегося вниз (рис. 10.14). Угол раскрытия конуса 6°, что позволяет исключить зависание выгружаемой щепы на стенках аппарата. В верхней части экс­трактора расположена фильтрующая поверхность, образован­ная 9 съемными ситами, и штуцер вывода паров бензина и воды. Здесь также расположено оросительное кольцо для по­дачи бензина, имеющее 12 форсунок. В нижней части экстрак­тора расположены 12 быстросъемных сит, образующих цилинд­рический фильтр. Этот фильтр защищает штуцер подачи паров 272
Бензина и штуцер отвода мисцеллы от попадания в них щепы. Сита изготовлены из двухмиллиметровой листовой нержавею­щей стали и имеют перфорацию в виде щелей шириной 1 мм, длиной 20 мм. Геометрический объем экстрактора 37,5 м3 при общей высоте 10,5 м и диаметре внизу 2,6 м.

Операции подъема и опускания крышек механизированы за счет использования гидропривода. Запирание и герметизация крышек осуществляются при помощи байонетных затворов. Нижняя крышка состоит из днища и зубчатого обода, который имеет на своей окружности 20 зубьев и столько же впадин.

Открывание и закрывание крышки происходит при помощи двух вертикальных гидроцилиндров, передающих движение ры­чагу, на котором при помощи шарнирной опоры закреплено днище. Применение шарнирной опоры обеспечивает центриро­вание крышки.

К нижней части корпуса приварено неподвижное кольцо с кольцевым пазом, где располагается резиновое кольцо (про­кладка). На неподвижное кольцо надето подвижное кольцо,

Которое собирается из двух половинок. Запирание крышки осуществляется поворотным кольцом, которое имеет 20 впадин. При закрывании крышки ее зубья входят во впадины поворот­ного кольца, после чего при помощи двух горизонтальных гид­роцилиндров кольцо передвигается на один шаг — 250 мм. После этого крышка уплотняется резиновым кольцом. Для этого в паз через три штуцера подается пар давлением 0,6 МПа, который и поджимает прокладку к уплотнительной поверхности крышки.

При открывании крышки снимается давление пара на уп - лотнительную прокладку, подвижное кольцо при помощи гори­зонтальных цилиндров поворачивается на один шаг. При этом зубья крышки совпадают с впадинами поворотного кольца,, и с этого момента начинается медленное опускание крышки под собственной массой, регулируемое при помощи выпуска гидравлической жидкости из вертикальных цилиндров. При от­крывании крышки происходит самопроизвольное высыпание от­работанной щепы из экстрактора.

Конструкция механизма закрывания и уплотнения верхней крышки аналогичны конструкции нижней крышки. Из-за мень­шего диаметра верхней крышки запирающее устройство (байо- нетный затвор) имеет 16 зубьев.

Экстрактор Нейво-Рудянского завода. Экстрактор исполь­зуется при противоточном методе экстракции и рассчитан на работу при повышенном давлении (до 0,6 МПа). Он имеет загрузочный люк диаметром 450 мм, в который вставлена съемная корзина. Корзина выполнена из перфорированного листа и обтянута мелкой сеткой. В нижней части экстрактора имеется выгрузочный люк диаметром 600 мм. На люке смонти­рована фильтрующая корзина, выполненная из перфорирован­ного стального листа, обтянутая мелкой сеткой и открываемая вместе с люком. Корзина имеет одно отверстие, по диаметру равное диаметру штуцера, через который подается бензин. В закрытом состоянии отверстие корзины и отверстие штуцера совмещаются с минимальным зазором. Подъем и опускание нижнего люка механизировано и осуществляется гидроцилинд­ром. Нижний и верхний люки герметизируют затягиванием болтов. В качестве уплотняющего материала используют масло-, бензо - и термостойкую резину. Уплотняющая поверх­ность имеет форму шип — паз.

Подача в экстрактор бензина (без кипячения) позволяет иметь небольшую фильтрующую поверхность в нижней части экстрактора. За счет этого нижняя, конусная, часть экстрак­тора сделана гладкой, что облегчает выгрузку щепы. В верхней части экстрактора корзина имеет большую поверхность, кото­рая после каждого экстракторооборота требует чистки. Это вы­звано тем, что вся мелкая щепа и пыль потоком бензина выносится в верх экстрактора и за счет перепада давления об­разует на сетке толстый слой волокнистого материала, оказы-

Рис. 10.16. Роторио-пленочиый испаритель:

/ — распределительная тарелка; 2 — обогреваемый корпус испарителя; 3 — ротор; 4 — Графитовый вкладыш; 5 — встроенный теплообменник; 6 — мотор-редуктор

Вающего большое сопротивление процессу фильтрации. Кон­струкция экстрактора показана на рис. 10.15. Экстрактор имеет геометрический объем 8,7 м3, диаметр аппарата в цилиндри­ческой части 1,6 м, высота 5,9 м.

Экстрактор непрерывного действия. Из ряда конструкций аппаратов непрерывного действия, предлагавшихся для экст­ракции осмольной щепы, опытно-промышленную проверку про­шел только экстрактор конструкции ЦНИЛХИ, мощностью 15 тыс. скл. м3 осмола в год. Движение щепы в аппарате про­исходит сверху вниз под действием собственной массы щепы. Равномерность движения щепы достигалась за счет системы винтов, перекрывавших полностью нижнее сечение аппарата.

Процесс экстракции протекает в двух зонах экстрактора: в верхней зоне происходит высушивание щепы парами бензина
в условиях прямоточной экстракции, в нижней части экстрак­тора осуществляется противоточиая экстракция при темпера­туре близкой к температуре кипения бензина.

Проэкстрагированная щепа с помощью ковшевого элева­тора, выполняющего роль бензоотделителя, поступает в отду - вочный аппарат, конструкция которого аналогична конструк­ции экстрактора. Отдувка растворителя из проэкстрагирован­ной щепы осуществляется путем подачи в нижнюю часть отдувочного аппарата острого пара. Пары сушки и отдувки от­водятся в конденсационную систему.

Роторно-пленочный испаритель (РПИ). Этот испаритель предназначен для перегонки высококипящих продуктов под глу­боким разрежением. Небольшое время пребывания продукта в зоне нагрева (несколько секунд) и практическое отсутствие перепада давления между верхом и низом аппарата позволяют свести к минимуму термическую деструкцию перегоняемого ве­щества. В отличие от серийных аппаратов, имеющих два тор­цевых уплотнения, РПИ для перегонки канифоли (рис. 10.16) имеет только одно уплотнение. Это достигается применением ротора колокольного типа, который подвешен на верхней опоре.

Расплавленная канифоль подается в верхнюю часть аппа­рата, где с помощью специальной тарелки равномерно рас­пределяется по периметру греющей поверхности корпуса ис­парителя и стекает сверху вниз. Ротор колокольного типа снабжен 8 вертикальными направляющими планками. Планки имеют форму прямоугольных желобов, в пазы которых вло­жено по 12 графитовых вкладышей. При вращении ротора графитовые вкладыши под действием центробежной силы вы­двигаются из паза и рабочей поверхностью прижимаются к внутренней, обогреваемой, поверхности аппарата. На рабо­чей поверхности вкладышей профрезерованы косые прорези, наличие которых способствует перемешиванию и равномерному растеканию пленки канифоли. При стекании тонкой пленки ка­нифоли происходит ее испарение. Пары канифоли конденси­руются на трубах встроенного теплообменника, дистиллирован­ный продукт стекает вниз и отбирается из нижней части ап­парата. Неиспарившаяся жидкость собирается во встроенную камеру и отводится через боковой штуцер. Вращение ротора осуществляется от мотора-редуктора.

Роторно-пленочный испаритель имеет следующую техниче­скую характеристику.

Мощность электропривода, кВт Частота вращения ротора,

Мин-1 .............................................

Рабочая обогреваемая поверх­ность, м2

Поверхность встроенного кон­денсатора, м2

276

Материалы для изготовления аппаратуры. В процессе экс­тракции смолистых веществ из пневого осмола в водном и Бензиновом дистилляте, а также в мисцелле обнаруживаются низкомолекулярные карбоновые кислоты (уксусная и муравьи­ная). Эти кислоты образуются в процессе отдувки раствори­теля от проэкстрагированной щепы вследствие начинающейся термической деструкции древесины. Хотя абсолютное содер­жание этих кислот невелико (до 0,1 %), корродирующее их действие значительно, особенно в трубопроводах сушки и от­дувки, что обусловлено высокой температурой и большими ско­ростями паров, содержащих к тому же механические примеси (древесную пыль, песок).

Экстракторы обычно изготовляют из углеродистой стали. Как показывает опыт, сильная коррозия проявляется в верх­них горловинах и особенно в местах ввода в них трубопрово­дов. Величина коррозии здесь достигает 0,5 мм/год, в то время как в средней части экстрактора она в 2—2,5 раза ниже.

По этой причине непрерывнодействующая экстракционная установка должна изготовляться только из коррозионно-стойких материалов. Высокой стойкостью в средах канифольно-экстрак­ционного производства обладают хромистые безникелевые стали 08X13, 08Х17Т. Учитывая их технологические свой­ства (хрупкость и невысокую пластичность), наиболее целесо­образно применять оборудование, изготовленное из двухслой­ных сталей, при этом механические нагрузки воспринимает наружный слой (углеродистая сталь), а внутренний, плаки­рующий, слой обеспечивает высокую коррозионную стойкость оборудования. Емкостное оборудование, устанавливаемое на открытых площадках и работающее при низких температурах окружающего воздуха, должно быть изготовлено из двухслой­ных сталей типа 16ГС + 08Х13, 09Г2С + 08Х13. Оборудование, которое по техническим причинам не может быть изготовлено из безникелевых сталей (теплообменные аппараты, тарелки рек­тификационных колонн, арматура и др.), необходимо изготов­лять из низколегированных сталей типа 08Х22Н6Т, 08Х18Г8Н2Т, 10Х14Г14Н4Т.

При очистке сточных вод от терпингидрата в качестве ката­лизатора применяется или серная, или фосфорная кислота кон­центрацией 0,1—0,3%. Коррозионная активность такой среды весьма высока, что требует применения хромникельмолибдено - вых сталей при использовании серной кислоты и сталей типа 12Х18Н10Т при использовании фосфорной кислоты.

Терпеновые углеводороды (скипидар) сами по себе явля­ются неагрессивными, однако в присутствии воды они окисля­ются с образованием спиртов, кетонов, кислот. Вследствие этого на границе раздела фаз наблюдается сильная коррозия углеродистой стали и скипидар окрашивается, что приводит к снижению его потребительских свойств.

Пожаро - и взрывобезопасность производства. Основные «стадии технологического процесса производства экстракцион­ной канифоли характеризуются как особовзрывоопасные из-за наличия бензина и скипидара в горячем состоянии или в виде паров. При противоточном методе бензин перегрет и в случае •утечки мгновенно испаряется. Поскольку температура вспышки бензина —17 °С, а скипидара 34 °С, внутри аппаратов практи­чески всегда существует взрывоопасная концентрация паров.

Все электрооборудование, машины и механизмы должны иметь взрывобезопасное исполнение. Для перекачки бензина тиогут применяться только специальные насосы с повышенной герметичностью, имеющие взрывобезопасное исполнение не только электродвигателей, но и проточной части. Не допуска­ется применение сальниковых уплотнений, так как всегда име­ется опасность их перегрева при сильной затяжке сальниковой набивки. Все передвижные механизмы, загрузочные и разгру­зочные тележки должны иметь бронзовые или латунные ко­леса, не дающие искрения.

Во избежание самовозгорания в цехе все засмоленные во­локнистые материалы, сор из фильтров и отстойников должны быть немедленно удалены. Существует большая опасность са­мовозгорания горячей обессмоленной щепы, поэтому для от­дувки должен применяться пар только низкого давления с тем­пературой не выше 155—160 °С, а сама щепа после выгрузки должна немедленно удаляться из цеха. При подаче на сжига­ние она должна обязательно проходить через промежуточный бункер, чтобы создать разрыв потока щепы. При несоблюдении этого требования или при работе с пустым бункером отмеча­лись случаи проскока пламени из топки котла в экстракцион­ный цех. При выгрузке отработанная щепа обязательно про­веряется на содержание летучих. Если оно превышает установ­ленную технологическим регламентом норму, то щепу нельзя подавать в котельную и ее приходится вывозить в отвал.

Чтобы снизить выделение пыли при разгрузке экстрактора верхние загрузочные люки должны быть закрыты. Весь инстру­мент, применяемый для выгрузки щепы, должен быть омеднен.

Воздушные линии экстракторов, фильтров, мисцеллоотстой - ников снабжены запорной арматурой и в случае ошибки при ее переключении в этих аппаратах может создаться повышен­ное давление. Поэтому они должны быть рассчитаны на дав­ление пара, используемого для отдувки сора, щепы, или же необходимо устанавливать предохранительные клапаны, отре­гулированные на то давление, на которое рассчитан ап­парат.

Особо ответственным элементом является уплотнительная прокладка в люке экстрактора. После каждого экстракторообо - рота должен производиться ее визуальный осмотр. В качестве уплотняющего материала должна применяться бензомаслостой - кая резина, способная выдерживать температуру процесса.

Байонетные затворы должны иметь подвод давления от двух независимых источников.

В цехе должен осуществляться непрерывный контроль за содержанием паров бензина в воздухе. Если концентрация их превысит 20 % от нижнего предела взрываемости, должны ав­томатически останавливаться насосы, подающие бензин на экстракцию и мисцеллу в выпарной аппарат, должен пода­ваться сигнал тревоги, который слышен на рабочих местах, и должна включаться аварийная вентиляция.

Процесс измельчения осмольной щепы относится к пожаро­опасным, но осмольная пыль взрывоопасна, поэтому все аспира - ционные системы должны иметь взрывобезопасное исполнение и располагаться на удалении от измельчительного цеха. Тре­бования по предупреждению накопления пыли и ее уборке те же, что изложены в главе 9.