ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Оборудование канифольно-терпентинного производства

Насосы для перекачки живицы. Для перекачивания жи­вицы используются бетононасосы, конструкция которых позво­ляет перемещать малотекучие смеси, содержащие крупные твердые включения.

Бетононасос С-252 представляет собой плунжерный насос одностороннего действия с принудительным приводом клапа­нов. Насос имеет следующую характеристику: производитель­ность 20 м3/ч; расстояние транспортировки 40 м по вертикали или 250 м по горизонтали; диаметр трубопровода 200 мм, число ходов плунжера в минуту — 53; ход плунжера 300 мм, диаметр цилиндра 201 мм.

Бетононасос С-252 состоит из следующих основных узлов (рис. 9.5): станины, смесителя с приводом, побудителя, при - Еода насоса, шатунно-поршневой группы, клапанной коробки с тягами.

На станине размещены основные детали насоса. В задней части на подшипниках установлен коленчатый вал. В перед­ней части станины запрессована гильза цилиндра. К перед­нему торцу станины на шпильках крепится клапанная коробка, сверху к всасывающему патрубку клапанной коробки — побу­дитель, еще выше находится смеситель. Внутри побудителя на­ходится вал, приводимый во вращение от основного двигателя насоса посредством цепной передачи. На валу с помощью бол­тов закреплены три пары сменных коротких лопаток. На при­водном конце вала насажены фрикционная муфта предельного момента, предохраняющая детали механизма при перегрузке и заклинивании от поломки.

Внутри смесителя имеется вал квадратного сечения, на ко­тором с помощью разъемных головок крепятся лопасти. Вра­щается вал от специального двигателя через редуктор и цепную передачу. Для предохранения вала и лопаток от поломок при­водная муфта имеет срезные пальцы.

Живица, предназначаемая для транспортировки, загружа­ется в бункер смесителя, где она перемешивается и гомогенизи­руется. Через горловину в днище смесителя живица провали­вается в побудитель. Вал побудителя во время работы насоса всегда вращается и лопатками проталкивает живицу в прием­ную камеру клапанной коробки, тем самым улучшая заполне­ние цилиндра.

Всасывающие и нагнетательные клапаны приводятся в дви­жение от двух профильных кулачков (один профиль открывает, другой — закрывает) через кулисы и клапанные тяги от колен­чатого вала. Движение клапанов строго соответствует движе­нию поршня. Клапанные тяги имеют пружинные амортизирую­щие устройства, предохраняющие механизм привода клапанов от поломок в случае захвата клапанами крупных частиц, при­сутствующих в живице. С этой же целью предусмотрено, что клапаны при перекачивании никогда не перекрывают полно­стью проходных отверстий. Открывание всасывающего и за­крывание нагнетательного клапанов происходит с некоторым опережением начала хода всасывания. Открывание нагнета­тельного и закрывание всасывающего клапанов происходят с опережением начала нагнетательного хода.

А — общий вид; б — конструкция клапанной коробкн; 1 — станина; 2 — клапанная ко­робка; 3 — побудитель; 4— смеситель; 5 — цепная передача; 6 — редуктор; 7 — порш­невая группа; 8 — клапанная тяга; 9— кулиса; 10 — зубчатая передача; 11 — клиноре - менная передача; 12 — электродвигатель насоса; 13 — фланец для подключения трубо­провода; 14 — нагнетательный клапан; 15 — фланец для соединения с побудителем; 16 — всасывающий клапан; 17 — фланец для соединения с поршневой группой

Рабочий процесс происходит следующим образом. При вса­сывающем ходе, плунжера (движении назад) всасывающий клапан открывается, нагнетательный—закрывается. Порция живицы из бункера смесителя через побудитель, облегчающий прохождение живицы через горловину всасывающего патрубка клапанной коробки, попадает в цилиндр.

При нагнетательном ходе плунжера (движении вперед) на­гнетательный клапан открывается, порция живицы выталкива­ется из цилиндра в трубопровод. Благодаря наличию зазоров в проходных отверстиях при закрывании клапанов часть жи­вицы из трубопровода поступает обратно в клапанную коробку при всасывающем ходе плунжера. При нагнетательном ходе часть живицы из клапанной коробки через всасывающий кла­пан проталкивается обратно в побудитель. Это устраняет воз­можность расслоения перекачиваемой живйцы, коггорая все время находится в движении.

Загрузочный винтовой конвейер. На большинстве заводов в качестве загрузочного механизма используются винты. Они имеют различную длину (10—14 м) и угол наклона (25—40°), что определяется взаимным расположением места выгрузки живицы и приемной емкости для живицы. Винт вращается в металлическом корпусе, имеющем форму полукруглого же­лоба, открытого сверху. Внутри корпуса смонтированы проме­жуточные опоры, крепящиеся к верху корпуса так, чтобы они не мешали движению живицы по дну желоба. Сверху корпус закрыт съемными крышками, которые позволяют осуществлять быстрый осмотр и ремонт, а в случае поступления с живицей крупных твердых предметов, также и очистку винта. Корпус и винт изготовлены из углеродистой стали. Диаметр винта 300— 400 мм, частота вращения 0,5 с-1, расчетная производитель­ность до 25 т/ч, потребляемая мощность 9—13 кВт. Однако на полную производительность винт эксплуатируется редко и жи­вица движется по дну корпуса, заполняя винт на —7з вы­соты витка.

Для устойчивой работы винта необходимо подавать пред­варительно подготовленную живицу из живицемялки, где спе­циальные ножи режут и дробят крупные куски живицы. Кроме того, в винт непрерывно подается скипидар в количестве 5—■ 7 % от объема живицы. Поднимая живицу в промежуточную емкость, винт перемешивает и растирает ее. В результате этого живица делается более жидкой и подвижной, что обеспечивает возможность загрузки ее в плавильник самотеком.

Цепной элеватор. Элеватор конструкции В. И. Филатова состоит из двух вертикальных параллельно расположенных труб. В трубах движется бесконечная цепь. Нижняя часть труб вмонтирована в сборную коробку, из которой с помощью спе­циальных насадок цепь при своем движении захватывает жи­вицу и сбрасывает ее из верхней сборной коробки по лотку в промежуточный сборник. Производительность цепного элева­тора при диаметре труб 100 мм и высоте подъема 7 м около 3 т живицы в час. Этот элеватор работает устойчиво только при определенной вязкости живицы, для чего требуется по­стоянно добавлять скипидар. Однако при подаче избыточ­ного количества скипидара цепь перестает захватывать жи­вицу.

Рис. 9.6. Плавильник живицы: / — барботер; 2 — ложное дно; 3 — люк; 4 — предохранительный клапан; 5 — манометр; 6 — сигнализатор уров­ня (гамма-реле); 7 — быстродейству­ющая задвижка

Плавильник. Основным типом аппарата для плав­ления живицы является плавильник периодического действия (рис. 9.6). Его Объем чаще всего равен 5—6 м3. Плавильник снаб­жен ложным днищем, имеющим отверстия 10 мм. Ложное днище опирается на опорное кольцо и про­межуточные балки. Под ложным днищем распола­гается барботер, через ко­торый обеспечивается по­дача острого пара давлением 0,4 Mlla в период плавления живицы или воздуха в процессе гидравлического удаления сора. Барботер имеет перфорацию диаметром 3—4 мм с та­ким расчетом, чтобы суммарная площадь отверстий состав­ляла 100—120 % от сечения подводящего трубопровода. На нижней стороне трубы барботера имеются несколько отверстий увеличенного размера, что необходимо для опорожнения трубы барботера в период между плавками живицы. 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. В боковую стенку плавильника врезан штуцер большого диа­метра (200 мм). К этому штуцеру подключается трубопровод, подающий живицу из промежуточной емкости. При гидравли­ческом способе удаления сора выше ложного дна врезан вто­рой штуцер большего диаметра, через который производится удаление пульпы, состоящей из воды и сора. На высоте 2/з 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.

Плавильник непрерывного действия конструкции Гипролес - хима описан выше. Существенным его недостатком является

Жесткая зависимость от работы бетононасосов, подающих жи­вицу. Все перебои и неравномерности в подаче живицы отража­ются на работе плавильника, поэтому поддержание стабиль­ного соотношения живицы, скипидара, фосфорной кислоты и катамина АБ затруднено.

В ЦНИЛХИ разработан и испытан неирерывиодействующий плавильник, в котором плавление живицы осуществляется за счет тепла нагретого скипидара, причем содержание скипидара в терпентине увеличено до 70 % с целью резкого повышения скорости последующего отстаивания воды.

Агрегат состоит из двух узлов — собственно плавильника и отдувочного аппарата. Плавильник представляет собой наклон­ный эллипсовидный в сечении смеситель, снабженный двумя самоочищающимися винтами со встречным движением. Винты выполнены с уменьшающимся диаметром и увеличивающимся шагом витка в направлении транспортировки сора. В этом ап­парате (рис. 9.7) осуществляется растворение живицы в скипи­даре, отделение от нее сора и экстракция сора, тогда как ос­ветление, промывку и обезвоживание терпентина производят по обычной технологии отдельно. Материальные потоки органи­зованы в аппарате таким образом, что в нем возникают две зоны: зона А для растворения живицы и зона Б для экстрак­ции сора.

В плавильник при постоянно вращающихся навстречу друг другу винтах непрерывно в заданном соотношении подают че­рез дозатор живицу, а также скипидар, подогретый до задан­ной температуры. Живица с помощью винтов перемещается, смешивается со скипидаром и растворяется в нем. Сор отделя­ется от раствора и увлекается в верхнюю часть аппарата, всту­пая при этом в контакт с нагретым скипидаром, в результате чего происходит противоточная экстракция смолистых веществ из сора. Проэкстрагированный сор непрерывно выводится из аппарата и поступает в отдувочный аппарат, конструкция ко­торого во многом аналогична конструкции плавильника, а тер­пентин направляется на переработку. Переработка терпентина, содержащего повышенное количество скипидара, требует уве­личения диаметра верхней части канифолеварочной колонны и небольшого увеличения расхода глухого пара.

Использование двух вращающихся навстречу друг другу винтов с заходящими лопастями способствует их самоочистке и предотвращает забивание аппарата живицей и сором. Умень­шенный шаг витка винтов в нижней части аппарата и умень­шенный зазор между ними и стенкой необходим для истирания присутствующих в живице закристаллизовавшихся комков, что способствует их более интенсивному растворению. Эллипсовид­ная форма аппарата необходима для ликвидации «мертвых зон» и наиболее эффективна для двух круглых винтов. Отду­вочный аппарат имеет два винта со встречным вращением и эллипсовидный корпус. Эти винты имеют постоянный шаг. Кор­пус аппарата имеет рубашку, обогреваемую глухим паром дав­лением 1 МПа. Винты транспортируют сор, перемешивая его, одновременно сор нагревается за счет глухого пара. Навстречу движению сора дается острый пар, который улучшает условия десорбции скипидара из сора. Пары воды и скипидара направ­ляются в конденсационную систему.

Отстойник. На рис. 9.8 показан отстойник непрерывного действия, эксплуатируемый на Нейво-Рудянском заводе. Это удлиненный стальной сборник в форме усеченного параллеле­пипеда вместимостью около 60 м3 с герметически закрытой пло­ской крышкой и конусообразным днищем. Внутри отстойник футерован кислотоупорным цементом. Для уменьшения потерь тепла и во избежание падения температуры ниже 80 °С отстой­ник снаружи изолирован слоем асбеста. Живица поступает в отстойник через три штуцера 1 и одновременно отводится С противоположной стороны также через три штуцера 2. На пути движения живицы в отстойнике установлены две перего­родки. Со стороны поступления живицы установлена сплошная перегородка 3 от крышки на глубину примерно 700 мм, направ­ляющая поток живицы вниз. Вторая, сетчатая, перегородка 4 Установлена перед штуцерами для выхода чистой живицы на глубину от крышки около 500 мм; она служит для задержки скапливающегося в верхнем слое легкого сора, преимущест­венно коры. В днище отстойника расположен ряд конусообраз­ных выступов 5, увеличивающих жесткость конструкции, а также замедляющих движение живицы в горизонтальной

Плоскости и улучшающих условия осаждения отстоя. Они соз­дают как бы ряд отдельных отсеков, которые соединены с тру­бой 6, расположенной под днищем отстойника по всей его длине. Труба заканчивается гидравлическим затвором 7 для непрерывного отвода отстоя из отстойника.

Для снижения высоты отстойника нижнюю его часть можно выполнить в виде нескольких усеченных конусов, как это было показано на рис. 9.4.

Аппараты для уваривания канифоли. Первые канифолева - рочные колонны, применяемые в отечественной промышленно­сти, были оборудованы колпачковыми тарелками, которые со­четались с даргами, обогреваемыми глухим паром через ру­башку. Реконструированные К - П. Михеевым колонны имели только колпачковые тарелки. Для доуваривания канифоли в нижней части колонны имелся змеевик и колонна была снаб­жена выносным змеевиковым аппаратом — подсушником.

Более поздняя конструкция колонны, созданная А. А. Ган­шиным и Н. П. Поздняковым, имела ситчатые тарелки, на ко­торых были расположены змеевики, однако часть промежуточ-

Ных тарелок были колпачковыми без змеевиков. Колонна имела переменный диаметр, который через переходную конусную даргу увеличивался с 600 до 800 мм. Производительность ко­лонны составляла около 2 т канифоли в час. Повышение мощ­ности канифольно-терпентинных заводов потребовало создания более высокопроизводительной колонны. Такая колонна, имею­щая производительность по канифоли до 6 т/ч, эксплуатиру­ется на наших наиболее крупных канифольно-терпентинных за­водах (рис. 9.9).

Колонна имеет диаметр 1200 мм в нижней части и 1600 мм в верхней сепарационной части, где расположен центробежный

Рис. 9.10. Канифолеварочная колонна Бар­наульского завода:

1 — ситчато-клапанная тарелка; 2 — змеевнк; 3 — переливная планка; 4— сепарирующее устройст­во; 5 — барботер; А— вход терпентина; Б— вы­ход канифоли; В — выход паров; Г — вход глу­хого пара; Д — выход конденсата; Е — вход ос­трого пара

Каплеуловитель. В колонне имеются семь ситчатых и три колпачковые тарелки. На ситчатых тарелках расположены змеевики общей по­верхностью 36 м2. Колонна состоит из царг, число которых равно числу тарелок. Змеевики на тарелках имеют различную поверхность, вследствие чего расстояние между тарелками (царгами) также раз­личное и изменяется от 400 мм до 700 мм. Уровень терпентина на та­релках поддерживается при помощи переливных стаканов, расположен­ных по центру тарелки. Диаметр переливного стакана 220 мм, что обеспечивает нормальный переток жидкости в процессе установив­шейся работы. Однако в период пу­ска колонны, когда возможны боль­шие колебания в подаче жидкости и пара, не исключено переполнение тарелок. Из переливных стаканов жидкость поступает в крестообраз­ный желоб и по нему отводится на периферию нижележащей та­релки. Такая конструкция перелив­ного стакана и желоба обеспечи­вает движение жидкости на всех тарелках от периферии к центру.

Ситчатые тарелки имеют 1600 отверстий диаметром 6 мм, на кол - пачковых тарелках установлено 78 колпачков. В нижней части гидро­затвора обязательно должны быть просверлены отверстия диаметром не менее 8—10 мм, что необходимо для их опорожнения при остановке колонны, иначе может происходить кристаллизация смоляных кислот, что в последующем нарушит нор­мальный переток жидкости с та­релки на тарелку.

Во все змеевики колонны и в барботер подается пар высо­кого давления (1,0—1,2 МПа). В нижней части колонна обо­рудована гидрозатвором для выхода канифоли, который пре­пятствует проскоку паров вместе с канифолью. Поскольку на нижних тарелках находится уже практически уваренная кани­фоль, содержащая очень небольшое количество летучих ве­ществ, поддержание жидкости на нижних ситчатых тарелках осуществляется за счет подачи острого пара. Поэтому при сни­жении производительности колонны по канифоли нельзя сни­жать расход острого пара, ибо в противном случае эти тарелки буду г оголены. Это предопределяет повышенный расход ост­рого пара в случае недогрузки колонны.

Учитывая требования машиностроителей об унификации элементов химических аппаратов, была разработана для Бар­наульского завода конструкция новой колонны (рис. 9.10).

Колонна имеет постоянный диаметр 1200 мм по всей высоте. В колонне с постоянным шагом 400 мм расположено 11 сит - чато-клапанных разборных тарелок, на которых расположены змеевики. На двух верхних тарелках поверхность змеевиков по 5 м2, на остальных по 3,5 м2. Общая поверхность змеевиков со­ставляет 42 м2. Высота слоя жидкости на тарелке задается высотой переливной планки и обеспечивает полное погружение змеевика в жидкость. На двух верхних тарелках слой жидко­сти равен 300 мм, на нижних тарелках 200 мм.

В качестве сепарирующего устройства использована сетча­тая насадка, где пары, содержащие капли жидкости, фильтру­ются через мелкие ячейки насадки. Капли оседают, укрупня­ются и стекают в колонну. Колонна имеет минимальное число фланцевых разъемов, что улучшает ее герметизацию.

Использование типовых ситчато-клапанных тарелок позво­ляет обеспечить стабильность работы колонны при различных нагрузках. При низких нагрузках работает только ситчатая часть тарелки. При номинальной и повышенной нагрузке, когда увеличивается расход острого пара, открываются клапаны, что автоматически увеличивает живое сечение тарелки. Наличие пе­релива жидкости в виде сегмента большого сечения обеспечи­вает устойчивую работу колонны в любом режиме нагрузок по жидкости.

Непрерывнодействующая змеевиковая канифолеварочная колонна изображена на рис. 9.11. Нагрев продукта в этой ко­лонне осуществляется змеевиками, образующими в совокупно­сти вертикально расположенный винт. Продукт течет по верху винтовой поверхности, а пары, двигаясь снизу вверх, проходят через зазоры между змеевиками и барботируют через слой дви­жущейся жидкости.

На канифольно-терпентинных заводах небольшой мощности используется непрерывнодействующий куб-колонна (рис. 9.12). Он представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой около 2,5 м с пятью-шестью секциями змеевиков глу-

Рис. 9.12. Неирерывиодействующий канифолеварочный куб: /—тарелка; 2 — змеевик; 3 — каплеулавливающая тарелка; 4 — каплеотбойник; 5 — бар­ботер

Хого пара, расположенными в нижней части аппарата. Между секциями змеевиков смонтировано пять ситчатых тарелок. В нижней части аппарата расположен барботер для острого пара.

Живица в куб подается непрерывно в среднюю его часть на специальную распределительную тарелку. Отбор канифоли про­изводится также непрерывно из нижней части куба через гид­равлический затвор. Перед кубом установлен змеевиковый по­догреватель. Производительность куба при диаметре аппарата 1000 мм, высота 2500 мм и поверхности нагрева 25 м2 около 2—2,5 т живицы в час. - •„• .

В отличие от канифолеварочной колонны куб имеет мень­шую высоту, однако время пребывания канифоли в кубе больше, чем в колонне, что отрицательно влияет на качество канифоли.

Барабанный охладитель канифоли. Этот аппарат (рис. 9.13) представляет собой полый металлический барабан, охлаждае­мый водой, проходящей через него. Частота вращения бара­бана 5—6 мин-1, он погружен на 10—15 мм в расплавленную канифоль, находящуюся в открытой ванне постоянного уровня. При вращении барабан захватывает тонкий, около 2 мм, слой канифоли, которая быстро охлаждается на его поверхности до 60—70 °С и в виде густой текучей массы опускается в бочку.

Дозатор для розлива канифоли. Дозатор обеспечивает роз­лив канифоли температурой 140—150 °С одновременно в че­тыре барабана (риис. 9.14). Расплавленная канифоль посту­пает в сборник, откуда погружным насосом перекачивается в дозатор, снабженный обогревающей рубашкой. В дозаторе имеются четыре камеры, каждая из них объемом около 100 л. Для точного тарирования объема камеры имеются тарировоч - ные поплавки, перемещением которых можно изменять рабо­чий объем камеры. Канифоль поступает в нижнюю часть пер­вой камеры, заполняет ее, перетекает через верхнюю кромку во вторую, далее в третью и четвертую камеры. Из последней, четвертой, камеры избыток канифоли по переливной трубе по­ступает в сборник канифоли. В последней камере установлен поплавковый уровнемер, который дает сигнал на закрытие кла-

У пана на трубопроводе подачи канифоли в дозатор. Через 20—• 30 с после закрытия клапана избыток канифоли из дозатора стечет в емкость для канифоли и порции канифоли массой 100±0,5 кг сливаются в четыре барабана, установленные на поддоне. После слива канифоли барабаны закрываются крыш­ками и на поддоне при помощи электропогрузчика быстро вы­возятся на склад, где выдерживаются для охлаждения кани­фоли в течение 1—2 сут.

Открытие клапана на линии подачи канифоли осуществля­ется по сигналу, даваемому аппаратчиком. Далее цикл повто­ряется.

Такой дозатор имеет производительность около 5 т/ч. При­менение сборника канифоли соответствующего объема позво­ляет при необходимости производить розлив всей вырабаты­ваемой канифоли в одну-две смены.

Материалы для изготовления аппаратуры. Коррозионная активность технологической среды канифольно-терпентинного производства обусловлена в основном наличием серной кислоты в живице (если она добыта с этим стимулятором), а также фос­форной кислоты, добавляемой к живице в процессе ее плав­ления.

На стадии перекачивания холодной живицы коррозия неве­лика, и все технологическое оборудование (винты, бетонона­сосы, монтежю, емкости) изготавливаются из углеродистой стали. Наиболее сильной коррозии подвергается аппаратура, где производится плавление живицы. Сталь 12Х18Н10Т в этих условиях обладает недостаточной стойкостью, поэтому плавиль­ники живицы должны изготовляться из молибденсодержащих сталей 17Н13М2Т.

В качестве материала для отстойников при применении в ка­честве осветлителя фосфорной кислоты используется сталь 12Х18НЮТ. Учитывая возможность межкристаллитной корро­зии этой стали в присутствии скипидара и фосфорной кис­лоты, более целесообразно это оборудование готовить из стали 10Х17Н13М2Т. Все остальное оборудование может быть изготовлено из низколегированной стали 08Х22Н6Т, из без­никелевой стали 08X13 или из биметалла на основе этих сталей.

Плавильники и отстойники могут быть изготовлены из уг­леродистой стали при условии защиты ее от коррозии кислото­стойкой футеровкой (плитки или бетон). Применение углеро­дистой стали не рекомендуется также и по той причине, что она вызывает потемнение товарных продуктов ■— канифоли и ски­пидара.

Расчет канифолеварочной колонны. Существуют различные способы расчета числа тарелок. Часто расчет канифолевароч - ных колонн проводится по аналогии с процессом ректификации. Однако при канифолеварении процессы массообмена, в том числе достижение равновесного состояния, имеют менее суще­ственное значение, так как сдвиг в сторону равновесия дости­гается в основном за счет принудительного фактора — подвода тепла. Это возможно вследствие того, что один компонент си­стемы— канифоль — практически нелетучее вещество. Поэтому условия подвода тепла являются первостепенными по сравне­нию с условиями массообмена. В отличие от процесса ректи­фикации при расчетах канифолеварочных колонн необходимо учитывать изменение температуры продукта на каждой та­релке, так как равновесное состояние и парциальная упругость паров в большей мере зависят от температуры процесса.

В отличие от процесса ректификации важными факторами являются начальная, конечная температура канифолеварения и расход острого пара. Все эти факторы определяют число сту­пеней изменения концентраций (число тарелок).

Рассмотрим принцип расчета канифолеварочной колонны при переработке терпентина, полученного из непрерывнодейст - вующего плавильника и содержащего 70 % скипидара.

Принимаем, что в верхней части колонны поддерживается температура 120 °С, а в нижней 173 °С. Терпентин поступает в колонну подогретым до 120 °С. Производительность колонны по канифоли 100 т/сут, или 4200 кг/ч. Колонна работает при ат­мосферном давлении, изменение давления на тарелках вслед­ствие их гидростатического и гидродинамического сопротивле­ния не учитывается. В качестве греющего пара используется пар давлением 1 МПа и температурой 180 °С. Коэффициент теплопередачи от глухого пара к канифоли (терпентину) 1465 кДж/(м2 • ч ■ К), теплоемкость канифоли 2,1 кДж/(кг-К), теплота испарения скипидара и других летучих веществ 335 кДж/кг.

Канифоль, уходящая из колонны, имеет температуру 173 °С и содержит 0,2 % летучих веществ. Изменение температуры ост­рого пара и обусловленное этим изменение его теплосодержа­ния данным расчетом не учитываем.

В качестве первого приближения принимаем, что колонна будет иметь 6 тарелок и температура жидкости на соседних тарелках отличается на 10 °С. Количество терпентина, посту­пающего в колонну в течение 1 ч, равно

4800 100 ,.„„„

------------ 5= 14000 кг,

(100- 70)

В том числе канифоли 4200 кг, скипидара 9800 г. Количество острого водяного пара, проходящего через все тарелки, одина­ково и определяется равновесным составом паров, отбираемых с верхней тарелки. Ранее было показано, что при температуре 120 °С расход острого водяного пара равен 0,26 кг на 1 кг скипидара.

В рассматриваемом примере расход острого водяного пара составит

9800-0,26 = 2550 кг/ч.

Сделаем расчет колонны с нижней тарелки. По условию канифоль, уходящая из колонны, содержит 0,2 % летучих ве­ществ, или

4200-0,002= 8,4 кг/ч.

Принимаем, что такое же содержание летучих веществ и на первой (нижней) тарелке, где температура 173 °С.

По ранее приведенному расчету для конца процесса и тем­пературы 173 °С соотношение водяной пар — летучие вещества равно 163: 1. Поэтому расходуемые 2550 кг водяного пара увле­кут с собой на этой тарелке следующее количество летучих ве­ществ:

2550: 163= 15,6 кг/ч.

Жидкость, находящаяся на второй тарелке (снизу), содер­жит летучих веществ

8,4+15,6 = 24 кг/ч, а их массовая доля на второй тарелке будет равна

24 100 0,57 о/„.

(4200+ 15,6)

Температура на этой тарелке, согласно принятому условию на 10 °С ниже, чем на первой тарелке, или равна 163 °С.

Для этих условий упругость паров летучих веществ равна 0,25 кПа. Соотношение в парах составит

(98 —0,25)-18 g. J

0,25-136

Острый пар увлечет с собой 2550:51,8 = 49,2 кг/ч летучих веществ. На третьей тарелке температура равна 153 °С, а мас­совая доля летучих в жидкости составит

(8,4 + 49,2) -100 _ J Зб % 4200 + 49,2

При этих условиях упругость паров летучих веществ равна 1,09 кПа. Соотношение паров на третьей тарелке будет равно

(98- 1.09И8_11>8:1>

1,09-136

А содержание скипидара 2550:11,8 = 216,1 кг/ч.

Массовая доля скипидара на четвертой тарелке будет равна

(8,4 + 216,1) ■ 100 _5 J % 4200 + 216,1 ' '

При температуре 143 °С упругость паров скипидара на этой тарелке составляет 4,7 кПа, а соотношение вода: скипидар бу­дет равно

(98 4,7)-18 =2 63.L 4,7-136

Пары содержат скипидара ^ „

2550:2,63 = 969,6 кг/ч.

Массовая доля скипидара на пятой тарелке (8,4 + 969,6)-100 = 1S 0

4200 + 969,6

При температуре 133 °С упругость паров равна 21,3 кПа, а соотношение паров на пятой тарелке будет равно

(98-21,3)-18 = о 48 . j 21,3-136 ' ' '

В парах содержится скипидара 2550:0,48 = 5312,5 кг/ч. На шестой тарелке массовая доля скипидара составит.

8,4 + 5312,5 _-6Д)

. 4200 + 5312,5

9.3. Результаты расчета канифолеварочной колонны

Номер тарелки с нижней части колонны

Параметры

1

Принятая температура, °С

Массовая доля летучих веществ в жидкости, % Упругость паров лету­чих веществ, кПа Соотношение водяной пар : летучие вещества Отогналось всего лету­чих веществ, кг/ч В том числе на данной тарелке

Количество жидкости, стекающей с тарелки на нижележащую, кг/ч Расход тепла на тарел­ке, тыс. кДж/ч: на испарение летучих веществ

На нагрев жидкости всего

Принятый температур­ный перепад, °С Расчетная площадь по­верхности теплообмена, Мг

При температуре 123 °С упругость паров будет равна 35 кПа. Соотношение паров

(98 35) - J8—_ Qt24 : 1,

35-136

Что близко к принятому соотношению в составе паров (0,26: 1), отгоняемых из колонны (табл. 9.3).

Коэффициент полезного действия тарелки близок к единице, что обусловлено большой глубиной барботажа паров через слой жидкости. Поэтому на основе проведенных расчетов можно считать, что для уваривания канифоли при заданных парамет­рах шести ступеней изменения концентраций достаточно при условии, что общая площадь поверхности змеевиков будет около 66 м2. Основная поверхность теплообмена (75 %) должна располагаться в верхней половине колонны. По конструктив­ным соображениям с целью унификации тарелок, необходимо взамен одной тарелки принять несколько тарелок, сохранив общую поверхность теплообмена.

При этом, например, в нижней части колонны следует при­нять 4 тарелки с площадью поверхности змеевика 4 м2, а в верх­
ней части колонны 8 тарелок по 6 м2. Общее число тарелок со­ставит 12 шт., а площадь поверхности змеевиков 64 м2.

С учетом этой площади поверхности змеевиков на тарелках можно уточнить температуру на тарелках и сделать второй, уточненный расчет колонны, при котором температура на та­релке, количества отгоняемых летучих веществ и передавае­мого тепла должны быть взаимоувязаны.

Приведенные расчеты указывают на необходимость значи­тельных площадей поверхности теплообмена на нижних тарел­ках. Поэтому, в частности, необоснованно применение в колон­нах промежуточных тарелок, не оборудованных змеевиками.

Число ступеней изменения концентрации сильно зависит от количества острого пара, проходящего через колонну. При сни­жении количества острого пара возрастает необходимое число тарелок и одновременно растет температура на верхних та­релках.

Расчет диаметра колонны, живого сечения тарелки не отли­чаются от расчетов ректификационных колонн. При расчете необходимо учитывать значительное увеличение объема паров на верхних тарелках за счет паров скипидара. Поэтому живое сечение верхних тарелок должно быть больше, чем нижних.

Из расчета также следует, что расход глухого пара на весь процесс канифолеварения составляет около 1,7 т/ч, или около 70 % от расхода острого пара, и это несмотря на то, что расчет выполнен для терпентина, содержащего 70 % скипидара. При существующей технологии, когда перерабатывается терпентин с содержанием скипидара 40 %, расход глухого пара будет еще меньше. Поэтому экономичность работы канифолеварочной ко­лонны в первую очередь определяется расходом острого пара.

Пожаро - и взрывобезопасность производства. Основную по­жарную опасность в канифольно-терпентинном производстве представляют скипидар и содержащие его материалы. Живица имеет температуру вспышки 46 °С и загорается от любого, даже небольшого источника открытого огня.

В то же время из-за своей высокой вязкости при обычной температуре живица не растекается на большой поверхности и испарение скипидара происходит на небольшой площади, вследствие чего образование взрывоопасных смесей имеет ло­кальный характер. Поэтому на стадии подготовки живицы к пе­реработке электрооборудование и электропроводка допуска­ются во взрывозащищенном исполнении.

Процессы плавления живицы, отстаивания терпентина и варки канифоли протекают при повышенной температуре и яв­ляются взрыво - и пожароопасными, поэтому все машины и обо­рудование должны быть только во взрывобезопасном испол­нении.

Любые волокнистые материалы, пропитанные скипидаром или канифолью, способны самовозгораться на воздухе. Поэтому сор, выгружаемый из плавильников, вата из соляно-ватных фильтров, другие фильтрующие материалы и т. д. должны не­медленно удаляться из цеха. Пролитые скипидар и терпентин необходимо собирать и немедленно удалять; пролитая кани­фоль сначала удаляется механически, а затем заливается рас­твором щелочи и смывается.

Операция розлива канифоли является пожароопасной, од­нако при розливе с использованием охладительных барабанов в цехе может накапливаться канифольная пыль, способная да­вать взрывоопасные смеси. Поэтому конструкция оборудова­ния, вентиляционных систем, площадок, перекрытий должна ис­ключать возможность накапливания пыли и позволять ее легко удалять. Уборка пыли должна производиться ежесменно.

На воздушных и дыхательных линиях от емкостей со ски­пидаром и терпентином должны быть установлены огнепрегра - дители.